DE3320127C2 - Taststiftwechselhalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Koordinatenmeßgerät mit einer Wechseleinrichtung zur auswechselbaren Befestigung eines Taststifts bzw. einer Taststiftkombination am Tastkopf eines Koordinatenmeßgerätes. Derartige Wechseleinrichtungen sollen ein möglichst rasches und unkompliziertes Ansetzen der für die jeweilige Meßaufgabe erforder­ lichen Taststiftkombination ermöglichen.

Bisher ist es üblich, den Taststift manuell in den Tastkopf einzuschrau­ ben oder einzuspannen. Dies ist jedoch bei umfangreicheren automatisch gesteuerten Meßabläufen nachteilig, da es eine Bedienperson erfordert, deren einzige Aufgabe es ist, in relativ großen Abständen die Taster auszuwechseln.

Zwar ist aus "American Machinist" Okt. 1982, Seite 152-153 ein Meßver­ fahren bekannt, bei dem die Meßmaschine selbst rechnergesteuert den Taster wechselt. Aus dieser Literaturstelle geht jedoch nicht hervor, wie die Aufnahme zur Befestigung des Tasters an der Maschine ausgestal­ tet ist. Jedenfalls ist nach diesem bekannten, automatischen Wechsel­ verfahren eine Kalibrierung der Taststifte nach jedem Wechsel erforder­ lich, was den Meßablauf verlangsamt.

In der DE-OS 31 17 795 ist eine für den automatischen Wechsel von Tastelementen geeignete Wechseleinrichtung bei Tastköpfen für Koordi­ natenmeßmaschinen beschrieben, die mit einer elektrischen Spanneinrich­ tung arbeitet. Auch dort ist jedoch die Lage des eingewechselten Tast­ elements nicht so eindeutig und reproduzierbar bestimmt, daß nach jedem Wechselvorgang sofort und ohne Nachzukalibrieren weitergemessen werden kann.

Aus der GB-PS 15 99 751 ist eine Aufnahme zur auswechselbaren Befesti­ gung eines kompletten Tastkopfs an der Pinole einer Meßmaschine be­ kannt. Diese Aufnahme besteht aus einem Dreipunktlager an der Pinole, gegen das der Tastkopf mit Hilfe eines Spannhebels gezogen wird. Das Lager legt dabei die räumliche Lage der Taststifte mit hoher Genauig­ keit eindeutig fest. Das Auswechseln der Tastköpfe erfolgt also bei diesem Gerät wieder durch Bedienpersonal, das den Spannhebel betätigen muß. Nachteilig ist außerdem der Umstand, daß infolge des Wechselns des kompletten Tastkopfes eine ganze Reihe verschiedener elektrischer Ver­ bindungen zur Meßmaschine unterbrochen werden müssen.

In dem DE-GM 74 00 071 ist ein Tastkopf bekannt, dessen Taststift mit Hilfe von mehreren Permanentmagneten abnehmbar am Tastkopf befestigt ist. Hier dient die Magnetbefestigung als Kollisionsschutz. Nach einem Abfallen des Stiftes bei übermäßiger Belastung muß er von Hand wieder eingesetzt werden. Zur Durchführung eines automatischen Wechselvorgan­ ges ist diese Lösung nicht geeignet.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wechseleinrichtung zu schaffen, die ein automatisch von der Maschine aus gesteuertes Wechseln gestattet.

Diese Aufgabe wird mit den im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Die Betätigung der magnetischen Spanneinrichtung kann automa­ tisch durch den Rechner erfolgen, der die Bahnsteuerung der Meßmaschine und die Meßwertübernahme durchführt. Er ist lediglich so zu program­ mieren, daß er den Tastkopf der Maschine zu einem beispielsweise am Rande des Meßbereiches aufgebauten Magazin verfährt, in dem verschie­ dene Taststifte oder Taststiftkombinationen bereit gehalten werden, und dort die Spanneinrichtung zum Ablegen der nicht mehr benötigten Tast­ stiftkombinationen oder zum Aufnehmen der neuen Taststiftkombination auslöst. Damit erübrigen sich manuell durchzuführende Arbeitsgänge beim Tasterwechsel.

Bei ausreichend genauer Ausbildung des Lagers, gegen das der Anschluß­ körper gezogen wird, kann ein Kalibrieren der Tastkugeln nach dem Ein­ wechseln der Taststiftkombination entfallen bzw. genügt es, eine solche Kalibrierung in größeren Abständen vorzunehmen, d. h. nicht nach jedem Wechselvorgang, wodurch Meßzeit eingespart wird.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Spanneinrichtung aus einem Permanentmagneten und einem Elektromagneten besteht, dessen Feld dem des Permanentmagneten überlagerbar ist. Bei dieser Ausführungsform ist die Zahl der bewegten Teile minimiert und dennoch verbraucht die Aufnahme in den Zeiten zwischen den Wechselvorgängen keinen Strom.

Der Permanentmagnet ist zweckmäßig gegen Federkraft in Richtung auf das Lager des Taststifts verschiebbar. Mit Hilfe dieser Feder ist eine stets sichere Trennung des Taststifts vom Tastkopf gewährleistet, so daß die Gefahr des "Klebenbleibens" aufgrund eines nicht vollständig kompensierten oder kompensierbaren Restmagnetfelds vermieden ist.

Es empfiehlt sich, die Spanneinrichtung in die Aufnahme im Tastkopf einzubauen, da dann für jedes Meßgerät nur eine Spanneinrichtung be­ nötigt wird. Es ist jedoch ebenfalls möglich, die Spanneinrichtung in den Anschlußkörper des Taststifts einzubauen, wenn durch herausgeführte Kontakte und entsprechende Gegenkontakte an dem verwendeten Taststift­ magazin ein sicheres elektrisches Schalten der Spanneinrichtung gewähr­ leistet ist. Weiterhin ist es z. B. möglich, nur den Permanentmagneten im Anschlußkörper unterzubringen und den Elektromagneten dem Magazin zuzuordnen.

Das Lager am Tastkopf besteht zweckmäßig aus drei Zylinderkörpern, und das Gegenlager umfaßt taststiftseitig drei Kugelpaare, die sich mit ihren V-förmigen Zwischenräumen an die Zylinderkörper anlegen. Über ein solches, bereits als Knickstelle für Tastköpfe hinlänglich bekanntes Lager ist die Lage der Taststiftkombination relativ zum Tastkopf und demzufolge zum Koordinatensystem des Meßgeräts innerhalb eines Winkels von 120° eindeutig bestimmt. Um die Eindeutigkeit über den gesamten Winkelbereich von 360° sicherzustellen, kann dem Lager eine Nut zugeord­ net werden, in die beispielsweise ein am Anschlußkörper der Taststift­ kombination angebrachter Stift eingreift oder umgekehrt.

Die erfindungsgemäße Aufnahme eignet sich sowohl für schaltende Tast­ köpfe, die im Moment der Antastung ein impulsförmiges Signal abgeben, als auch für Tastköpfe vom sogenannten messenden Typ, der Meßwertgeber enthält, die ein der Auslenkung des beweglichen Tastkopfteils aus einer Nullposition heraus proportionales Signal liefern. Die Tastköpfe des letztgenannten Typs, wie beispielsweise der in der US-PS 38 69 799 be­ schriebene Taster, besitzen in der Regel einen motorischen Gewichtsaus­ gleich, der Auslenkungen des Tasters nach dem Einwechseln vom Gewicht oder der Gewichtsverteilung her unterschiedlichen Taststiftkombina­ tionen ausgleicht. Es ist nun zweckmäßig, in der Aufnahme einen Schalter zu befestigen, der die Anwesenheit eines eingewechselten Taststifts fest­ stellt und der mit der Einheit des Taststifts verbunden ist, die den Gewichtsausgleich des Tastkopfs steuert.

Der Anschlußkörper der Taststiftkombination besteht vorteilhaft aus zwei gegeneinander verdrehbaren und in ihrer Lage fixierbaren Teilen, damit die Taststiftkombination in jede beliebige, vom Werkstück und der jeweiligen Meßaufgabe vorgegebene Winkellage gedreht werden kann.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel wird anhand der Fig. 1-3 der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1a eine Schnittzeichnung eines ersten Ausführungsbeispiels längs der Linie I-I in Fig. 3;

Fig. 1b eine detaillierte Ansicht einer der drei Lagergruppen 14/15 in Fig. 1;

Fig. 2 einen zweiten Schnitt des Ausführungsbeispiels aus Fig. 1 in einer um 90° gedrehten Ebene längs der Linie II-II in Fig. 3;

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 1 bzw. in Fig. 2 bei abgenommenem Taststiftträger.

Die in den Fig. 1-3 dargestellte Aufnahme für die Taststiftkombination 21 besitzt ein zylindrisches Gehäuse 1, das mit einem Flansch 2 ver­ sehen ist, über den das Gehäuse 1 am auslenkbaren Teil eines hier nicht dargestellten Tastkopfes, beispielsweise am Teil 1 des in der US-PS 38 69 799 beschriebenen Tastkopfes befestigt ist.

In das Gehäuse 1 ist ein Ring 3 eingeschraubt, auf dem ein Paket aus mehreren Tellerfedern 5 aufliegt. Dieses Federpaket 5 drückt eine Hal­ teplatte 6 in Richtung auf die obere Gehäusewand 8 der Aufnahme 1.

An der Halteplatte 6 ist mit Hilfe der Schraube 7 das Gehäuse 9 einer aus einem Elektromagneten 10 und einem Permanentmagneten 11 bestehenden Baueinheit befestigt.

Wie aus Fig. 2 und 3 hervorgeht, besitzt das Gehäuse 1 drei radiale Öffnungen 23a, b und c, die von einem Ring 22 abgedeckt sind. In der Öffnung 23a endet eine vom Deckel 8 des Gehäuses 1 ausgehende Bohrung 24a, durch die das Anschlußkabel 25 des Elektromagneten 10 hindurchge­ führt ist. Dieses Kabel 25 ist über den nicht dargestellten Tastkopf mit der Steuerung der Meßmaschine verbunden.

An seinem unteren Ende trägt das Gehäuse 1 der Aufnahme ein Lager, das aus drei in die Gehäusewand eingelassenen Zylinderkörpern 14a, 14b und 14c besteht, die um jeweils 120° gegeneinander versetzt angeordnet sind. Die Anordnung der Zylinderkörper ist aus Fig. 3 ersichtlich. Gegen dieses Lager stützt sich ein Ring 16 über drei Kugelpaare 15a-c ab, die, wie Fig. 1b für das Lager 14a/15a dargestellt, jeweils eine V-förmige Nut bilden, in der der Zylinderkörper 14 liegt. Weiterhin ist in das Gehäuse 1 ein Stift 27 eingelassen, der in einer Ausnehmung 26 in den Ring 16 eingreift. Durch diese Lagerung ist die räumliche Lage des Rings 16 relativ zu der mit dem Tastkopf verbundenen Aufnahme 1 eindeutig bestimmt, wobei der Stift 27 die Eindeutigkeit des Sitzes des Rings über den vollen Kreisumfang von 360° sicherstellt.

In den Ring 16 ist eine Platte 18 eingelassen, an der mit Hilfe dreier Schrauben 17 eine zweite Platte 19 befestigt ist. Die zweite Platte 19 trägt ein Gewinde 20, in das die Taststiftkombination 21 eingeschraubt ist. Der Ring 16 wird von den beiden Platten 18 und 19 nach dem Anzie­ hen der Schrauben 17 geklemmt, so daß die Taststiftkombination 21 fest mit dem Ring 16 verbunden ist. Nach dem Lösen der Schrauben 17 lassen sich die Platten 18 und 19 gegen den Ring 16 verdrehen, so daß es mög­ lich ist, die Winkellage der im allgemeinen unsymmetrischen Taststift­ kombination 21 relativ zum Ring 16 einzustellen.

Die Platten 18 und 19, der Ring 16 und die Kugelpaare 15 bilden den Anschlußkörper der Taststiftkombination. Dieser Anschlußkörper wird, da die Platte 18 aus Stahl besteht, von dem Permanentmagneten 11 gegen das aus den Zylinderkörpern 14a-c bestehende Lager gezogen. Bei einem auto­ matisch gesteuerten Tasterwechsel wird der Elektromagnet 10 derart mit Gleichstrom beaufschlagt, daß ein zusätzliches Magnetfeld entsteht, dessen Betrag etwa dem des Permanentmagneten 11 entspricht, dessen Richtung aber entgegengesetzt ist, so daß das resultierende Gesamtfeld nahezu null wird. Dabei verschwindet die Haltekraft zwischen dem Mag­ neten 10 und der Platte 18 und die Feder 5 drückt die Magnetkombination 9 nach oben, bis die Platte 6 an dem Gehäusedeckel 8 anliegt. Durch diese Bewegung des Bauteils 9 entsteht zwischen der Platte 18 und der Stirnfläche des Magneten 11 ein Spalt, der in seiner Dicke dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Abstand zwischen der Platte 6 und dem Gehäuse­ deckel 8 entspricht. Der Anschlußkörper 16-19 fällt dann mit der daran befestigten Taststiftkombination aufgrund seines eigenen Gewichtes aus dem Lager heraus. An der Unterseite des Rings 16 sind vier Bohrungen 29a-d vorgesehen, mit denen er sich auf entsprechende Haltestifte eines hier nicht dargestellten Magazins aufsetzen kann.

Eine mit einem gleichartigen Anschlußkörper versehene, andere Tast­ stiftkombination kann dann aus einem solchen Magazin entnommen werden, wenn die Meßmaschine die am Tastkopf befestigte Aufnahme 1 durch ein entsprechendes Programm gesteuert zu einem anderen Magazinplatz hinbe­ wegt und über dem Anschlußkörper der gewünschten Taststiftkombination positioniert. Die Entnahme der Kombination aus dem Magazin kann im Prinzip ohne Betätigung des Elektromagneten 10 erfolgen, da der An­ schlußkörper bei Annäherung des Permanentmagneten 11 unter einen vom Gewicht der Kombination abhängigen Maximalabstand selbständig gegen sein Lager gezogen wird. Es empfiehlt sich jedoch, bei der Entnahme der Kombination aus dem Magazin ebenfalls den Elektromagneten 10 einzu­ schalten und zwar derart gepolt, daß sein Feld das des Permanentmagne­ ten 11 verstärkt, damit auch bei größeren Spaltbreiten zwischen der Platte 18 und dem Magneten 11 ein sicheres Aufnehmen der Kombination gewährleistet ist.

An der Innenseite des Gehäuses 1 ist am unteren Rand ein Mikroschalter 13 durch zwei Schrauben 12a und 12b befestigt. Der Mikroschalter wird von dem Ring 16 betätigt, sobald sich dieser an die Lagerkörper 14 anlegt. Durch den Schalter 19 kann beispielsweise der automatische Gewichtsausgleich des in der US-PS 38 69 799 beschriebenen Tastkopfs in Tätigkeit gesetzt werden. Das Anschlußkabel des Mikroschalters 19 ist durch die Bohrung 24b hindurchgeführt.

Claims (9)

1. Koordinatenmeßgerät mit einer Wechseleinrichtung für Tastelemente, die eine Aufnahme (1) mit einer Spanneinrichtung (9-11) enthält, von der ein Anschlußkörper (5-19) des Tastelements (21) gegen ein seine Lage bestimmendes Lager (14) gezogen wird, wobei

• - das Lager (14) ein die Lage des Tastelementes (21) eindeutig bestimmendes Dreipunktlager ist,
• - ein Magazin vorgesehen ist, in dem die Tastelemente (21) mit ihren Anschlußkörpern bereitgehalten sind,
• - eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die im Zuge des Wechselvorganges die Aufnahme (1) relativ zu den Anschlußkörpern (5-19) positioniert sowie die Tastelemente (21) maschinengesteuert aufnimmt bzw. ablegt,
• - die Spanneinrichtung einen Magneten enthält.

2. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 1, wobei die Spanneinrichtung aus einem Permanentmagneten (11) und einem Elektromagneten (10) besteht, dessen Feld dem des Permanentmagneten (11) überlagerbar ist.

3. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 2, wobei der Permanentmagnet (11) gegen Federkraft (5) in Richtung auf das Lager (14) verschiebbar ist.

4. Koordinatenmeßgerät nach einem der Ansprüche 1-3, wobei das Lager aus drei Zylin­ derkörpern (14a-c) besteht und das Gegenlager taststiftseitig drei Kugelpaare (15a-c) umfaßt, die sich mit ihren V-förmigen Zwischenräumen an die Zylinderkörper (14a-c) anlegen.

5. Koordinatenmeßgerät nach einem der Ansprüche 1-4, wobei dem Anschlußkörper (15-19) eine Nut (26) zugeordnet ist, in die ein an der Aufnahme (1) des Tastkopfs angebrachter Stift (27) eingreift.

6. Koordinatenmeßgerät nach einem der Ansprüche 1-5, wobei der Aufnahme eine Schalteinrichtung (13) zugeordnet ist, von der die Anwesenheit eines eingewechselten Tastelementes (21) erkannt wird.

7. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 6, wobei in der Aufnahme (1) ein Schalter (13) befestigt ist, der vom Abschlußkörper (15-19) betätigt wird und mit einer Einheit im Tastkopf verbunden ist, die den Gewichts­ ausgleich des Tastkopfs steuert.

8. Koordinatenmeßgerät nach einem der Ansprüche 1-7, wobei der Anschlußkörper des Taststifts (21) aus zwei gegeneinander verdrehbaren und in ihrer Lage fixierbaren Teilen (15/16, 17-19) besteht.

9. Koordinatenmeßgerät nach einem der Ansprüche 1-8, wobei die Spanneinrichtung (9-11) in die Aufnahme (1) am Tastkopf eingebaut ist.