DE3348472C2 - Taststiftwechselhalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Aufnahme zur auswechselbaren Befestigung eines Taststifts bzw. einer Taststiftkombination am Tastkopf eines Koordinatenmeßgerätes. Derartige Aufnahmen 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 Maschinist" 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 daß 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 elektromagnetischen 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.

Die Spanneinrichtung kann beispielsweise aus einem Elektromotor beste­ hen, der mit einem den Taststift gegen sein Lager ziehenden, selbst­ hemmenden Getriebe versehen ist. Im einfachsten Fall besteht dieses Getriebe aus einer Gewindespindel auf der Motorachse, die in ein ent­ sprechendes Gegengewinde im Anschlußkörper eingreift.

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 das Getriebe im An­ schlußkörper unterzubringen und den Motor 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 eine 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 feststellt, 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.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Fig. 1a und 1b der beigefügten Zeichnungen. Dabei zeigt:

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

Fig. 1b eine detaillierte Ansicht einer der drei Lagergruppen 114/115 in Fig. 1.

In Fig. 1a ist ein Ausführungsbeispiel einer Aufnahme zur aus­ wechselbaren Befestigung einer Taststiftkombination dargestellt. Diese Aufnahme besteht aus einem mit einem Flansch 102 versehenen zylind­ rischen Gehäuse 101. Mit dem Flansch 102 kann die Aufnahme beispiels­ weise am beweglichen Teil 3 des in der US-PS 4 177 568 beschriebenen Tastkopfs befestigt werden. An der Unterseite des Gehäuses sind drei Zylinderkörper 114 angebracht, die das Lager für den aus dem Ring 116, den Kugelpaaren 115 und den Platten 118 und 119 bestehenden An­ schlußkörper bilden. Gegen dieses Lager stützt sich der Ring 116 über drei Kugelpaare 115a-c ab, die, wie in Fig. 1b für das Lager 114a/115a dargestellt, jeweils eine V-förmige Nut bilden, in der der Zylinder­ körper 114a liegt. In das Gewinde 120 der Platte 119 kann eine nicht näher dargestellte Taststiftkombination 121 fest eingeschraubt werden. Die Platten 118 und 119 sind wie im vorherigen Ausführungsbeispiel über drei Schrauben 117 miteinander verbunden und nach deren Lösen gegenüber dem Ring 116 verdrehbar. Auch hier dient ein Stift 127 im Gehäuse 1 in Verbindung mit einer Ausnehmung 126 im Ring 116 zur eindeutigen Lage­ orientierung des Rings 116 zum Tastkopf.

Der Anschlußkörper 115-119 wird von einer Gewindespindel 111 mit Hilfe eines Elektromotors 109 gegen das Lager 114 gezogen. Dazu ist die Platte 118 mit einem zentrischen Gegengewinde 131 versehen, in das die Spindel 111 eingreift.

Das Gehäuse des Elektromotors 109 besitzt einen ringförmigen Bund 108 und ist mit Hilfe dreier daran angreifender Schrauben 107 und zuge­ höriger Druckscheiben 137 an einem Tragring 104 befestigt. In diesen Tragring 104 ist außerdem ein Achsiallager 112 zur Entlastung der Welle 110 des Motors 109 eingesetzt. Eine Druckschraube 113 dient zur Fest­ legung der Gewindespindel 111 auf der Motorwelle 110. Der Tragring 104 und der daran befestigte Motor 109 sind als komplette Montageeinheit in das Gehäuse 101 eingeschoben worden. Zur Fixierung des Tragrings 104 im Gehäuse 101 sind drei Gewindestifte 103 vorgesehen, deren kegelige Stirnflächen an der oberen Flanke einer V-förmigen Ringnut 105 anliegen und damit den Tragring 104 gegen die Anlagefläche 106 an der Innenseite des Gehäuses 101 drücken. Die Bohrungen, in denen die Schrauben 103 sitzen, sind durch einen Ring 122 abgedeckt.

Bei einem Wechseln der Taststiftkombination wird der Motor 109 von der Programmsteuerung der Meßmaschine aktiviert und schraubt die Spindel 111 aus dem Gewinde 131 der Platte 118 heraus. Eine mit einem gleichartigen Anschlußkörper versehene, andere Taststiftkombination kann dann aus einem Magazin entnommen werden, wenn die Meßmaschine die am Tastkopf befestigte Aufnahme durch ein entsprechendes Programm gesteuert zu einem anderen Magazinplatz hinbewegt und über der An­ schlußplatte mit der gewünschten Taststiftkombination positioniert. Nach entsprechender Neupositionierung des Tastkopfs und Umpolung der Drehrichtung des Motors 109 schraubt dieser eine Anschlußplatte mit einer anderen Taststiftkombination gegen das Lager 114. Der Motor 109 wird von einer nicht dargestellten Regelelektronik abgeschaltet, wenn ein voreinstellbares Drehmoment erreicht ist, das die Anlagekraft des Rings 116 mit den Kugelpaaren 115 auf das Lager 114 bestimmt. Aufgrund der geringen Steigung der Gewindespindel 111 tritt Selbsthemmung auf, so daß die Taststiftkombination auch bei ausgeschaltetem Motor mit gleichbleibender Haltekraft in der Aufnahme 1 befestigt bleibt.

Das isostatische Dreipunktlager 114/115 legt die räumliche Lage der Taststiftkombination relativ zum Tastkopf mit einer derartig hohen Wiederholgenauigkeit fest, daß ein separater Kalibriervorgang nach dem Wechseln der Taststiftkombination entfallen kann. Es kann vielmehr sofort mit der eingewechselten Taststiftkombination, deren Geometrie relativ zum Maschinenkoordinatensystem im Rechner gespeichert ist, das zu messende Werkstück angetastet werden. Dies führt insbesondere bei Meßaufgaben, die ein häufiges Tasterwechseln erfordern, zu einer erheblichen Meßzeitverkürzung.

Claims (7)

1. Koordinatenmeßgerät mit einer Wechseleinrichtung für Tastelemente, die eine Aufnahme (101) mit einer elektrisch arbeitenden Spanneinrichtung (109-111) enthält, von der ein Anschlußkörper (105-119) des Tast­ elements (121) gegen ein seine Lage bestimmendes Lager (114) gezogen wird, wobei

• - das Lager (114) eine die Lage des Tastelementes (121) eindeutig bestimmendes Dreipunktlager ist,
• - ein Magazin vorgesehen ist, in dem die Tastelemente (121) mit ihren Anschlußkörpern bereitgehalten sind,
• - eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die im Zuge des Wechselvorgan­ ges die Aufnahme (101) relativ zu den Anschlußkörpern (105-119) positioniert sowie die Spanneinrichtung auslöst zur maschinengesteuer­ ten Aufnahme bzw. Ablage der Tastelemente (121),
• - der Spanneinrichtung eine bei Erreichen eines voreingestellten Drehmoments abschaltende Regelelektronik zugeordnet ist.

2. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 1, wobei die Spanneinrichtung aus einem Elektromotor (109) und einem den Taststift gegen sein Lager ziehendes, selbsthemmendes Getriebe (111; 131) besteht.

3. Koordinatenmeßgerät nach Anspruch 2, wobei es sich bei dem Getriebe um eine Gewindespindel (111) handelt.

4. Koordinatenmeßgerät nach einem der Ansprüche 1-3, wobei das Lager aus drei Zylin­ derkörpern (114a-c) besteht und das Gegenlager taststiftseitig drei Kugelpaare (115a-c) umfaßt, die sich mit ihren V-förmigen Zwischen­ räumen an die Zylinderkörper (114a-c) anlegen.

5. Koordinatenmeßgerät nach einem der Ansprüche 1-4, wobei dem Anschlußkörper (115-119) eine Nut (126) zugeordnet ist, in die ein an der Aufnahme (101) des Tastkopfs angebrachter Stift (127) eingreift.

6. Koordinatenmeßgerät nach einem der Ansprüche 1-5, wobei der Anschlußkörper des Taststifts (121) aus zwei gegeneinander verdrehbaren und in ihrer Lage fixierbaren Teilen (115/116,117-119) besteht.

7. Koordinatenmeßgerät nach einem der Ansprüche 1-6, wobei die Spanneinrichtung (109-111) in die Aufnahme (101) am Tastkopf eingebaut ist.