DE3317299A1

DE3317299A1 - Beruehrungs-signalsonde

Info

Publication number: DE3317299A1
Application number: DE19833317299
Authority: DE
Inventors: Tadashi Kawasaki Kanagawa Ikeda; Yoshiro Tochigi Kanda; Hironori Noguchi
Original assignee: Mitutoyo Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Mitutoyo Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1982-05-11
Filing date: 1983-05-11
Publication date: 1983-11-17
Also published as: JPS58196404A; US4516327A; DE3317299C2; GB8312895D0; GB2120388A; JPH0210881B2; GB2120388B

Description

Dipl.-Phys. O. E. Weber D-8000 München 71

Patentanwalt Hofbrunnstraße 47 European Patent Attorney ^M

Telefon: (089)7915050

Telegramm: monopolweber Telex: 5-212877

Telefax: (089)7 9152 56

M 1350

MITUTOYO MFG. Co. Ltd,
5-33-7 Shiba
Minato, Tokyo
Japan

Berührungs-Signalsonde

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Die Erfindung betrifft Berühmngs-Signalsonden und insbesondere Verbesserungen einer Berührungs-Signalsonde zur elektrischen Feststellung der Berührung mit einem zu messenden Werkstück.

Es war bisher ein dreidimensionales Meßinstrument zur Messung der Größe und der Kontur eines zu messenden Werkstücks bekannt, das sich auf einer Meßleiste oder einer Vorrichtung zur Messung des Positionierungs-Beziehung zwischen einem Werkzeugträger und einem Werkstück auf einer Werkzeugmaschine befindet. In jeder der Meßvorrichtungen der beschriebenen Art ist eine Berührungs-Signalsonde an einer beweglichen Unterlage montiert, die in Bezug auf das zu messende Werkstück in einer gewünschten Richtung bewegbar ist. Bei Kontakt mit dem zu messenden Werkstück liefert die Berührungs-Signalsonde ein elektrisches Signal und veranlaßt damit das Meßinstrument zur Vornahme einer genauen Messung. Wenn die Sonde in Kontakt mit einem zu messenden Werkstück kommt, neigt sich die Berührungs-Signalsonde der beschriebenen Art, um eine Kontaktbestimmung durchzuführen. Zur Aufrechterhaltung einer sehr genauen Messung muß die Berührungs-Signalsonde nach Lösung von dem zu messenden Werkstück wieder genau an den Ausgangspunkt zurückgeführt werden. Bei einer konventionellen Berührungs-Signalsonde

wird eine in Kontakt mit dem zu messenden Werkstück kommende Sonde kippbar und vertikal bewegbar eingebaut und in einem Sondengehäuse gehalten. Wenn die Sonde in Kontakt mit dem zu messenden Werkstück kommt und vertikal bewegt oder gekippt wird, werden dieser Kontakt elektrisch ermittelt und eine gewünschte Messung durchgeführt.

Bisher wurden verschiedene Arten der vorgenannten Sonden vorgeschlagen. In jeder dieser konventionellen Berührungs-Signalsonden wird die Sonde im wesentlichen in einer vorbestimmten Richtung mit beispielsweise einer Feder vorgespannt und in ihrer statischen Lage positioniert. Die konventionellen Berührungs-Signalsonden haben aber den Nachteil, daß sie, um die Sonde in einer vorbestimmten stationären Lage zu halten, einen komplizierten Aufbau benötigen, das Arbeiten mühsam wird uns sich instabile statische Bedingungen ergeben, wodurch die Meßgenauigkeit usw. nachteilig beeinflußt wird.

Weil in der konventionellen Berührungs-Signalsonde ihre Lage in der vertikalen Richtung und in der seitlichen Richtung mit Hilfe ein und desselben Elementes und auch ein und desselben Vorspannungsmittels gesteuert wurde, haben sich solche Nachteile ergeben, daß die Positionierungen in beiden Richtungen miteinander interferieren usw. und unzureichend werden, wodurch sich Verschiebungen in den Positionen ergeben und es für die Sone schwierig wird, genau auf den Ausgangspunkt zurückzukehren, wodurch sich Fehler in

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der Messung und dgl . ergeben. Im Zusammenhang mit der konventionellen Berührungs-Signalsonde trat weiterhin der Nachteil auf, daß, wenn die statische Lage der Sonde nach ihrer Rückkehr zum Ausgangspunkt verbessert wurde, der Ausschlag der Sonde gering wird, so daß sowohl die statische Lage der Sonde nach der Rückkehr zum Ausgangspunkt als auch der Ausschlag nicht gleichzeitig verbessert werden können.

Bei der konventionellen Berührungs-Signalsonde war es weiterhin nachteilig, daß die Sonde sehr grob und sehr schwer wird. Dadurch ergibt sich der Nachteil, daß der mit der Sonde verbundene bewegliche Träger einen festen Aufbau besitzen muß und die Steuerbarkeit verschlechtert wird.

Zur Vermeidung der oben genannten Nachteile des Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Berührungs-Signalsonde zu schaffen, die in ihrem Aufbau sehr stark vereinfacht ist, zur Einnahme einer stabilen und genauen statischen Lage nach Rückkehr zum Ausgangspunkt fähig ist, ihren Ausschlag vergrößert und einen kompakten Aufbau aufweist.

Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, ist die Erfindung gekennzeichnet durch: Ein Sondengehäuse zur kippbaren und vertikal bewegbaren Halterung einer Sonde, die in Kontakt mit dem zu messenden Werkstück gebracht wird; eine am oberen Teil des Sondengehäuses befestigte Deckplatte mit einem Gelenk, das mit einem beweglichen Träger verbindbar oder von ihm lösbar ist; eine in dem Sondengehäuse befindliche stationäre Platte zur

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Befestigung und Halterung des oberen Teils der Sonde; eine untere an den Boden des Sondengehäuses befestigte Berührungsfläche zur Halterung der stationären Platte; eine Anschlag-Kugel und eine Rast-Kugel, die beide an der stationären Platte befestigt sind und von der stationären Platte in seitlicher Richtung sich erstreckende periphere Ränder aufweisen; eine seitliche an dem Sondengehäuse befestigte Berührungsfläche, die zur Kontrolle der Bewegung der stationären Platte in seitlicher Richtung in Berührungskontakt mit der Anschlag-Kugel kommt; eine an dem Sondengehäuse befestigte einrastende Fläche mit einem gegen die Rast-Kugel an zwei Stellen anstoßenden einrastenden Einschnitt zur Kontrolle der Stellung der stationären Platte in seitlicher Richtung; drei in im wesentlichen gleichwinkeligen Abständen an der stationären Platte befestigte Kontaktpunkt-Kugeln, deren untere periphere Ränder sich von der stationären Platte nach unten erstrecken; drei stationäre an die untere Berührungsfläche in gegenläufiger Beziehung zu den Kontaktpunkt-Kugeln befestigte Kontaktpunkte; ein erstes Vorspannungs mittel zur zwingenden Vorspannung der stationären Phase gegen die untere Berührungsfläche; und ein zweites Vorspannungmittel zur zwingenden Vorspannung der stationären Platte gegen die seitliche Berührungsfläche und die Rast-Fläche.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben:

Fig. 1 ist ein Schnitt der wesentlichen Teile einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Berührungs-Signalsonde;

Fig. 2 ist ein Schnitt entlang der Linie H-II der Fig. 1;

Fig. 3 ist ein Schnitt der wesentlichen Teile einer Ausführungsform;

Fig. 4 ist ein Schnitt entlang der Linie IV-IV der Fig. 3;

Fig. 5 ist ein Schnitt der wesentlichen Teile einer dritten Ausführungsform;

Fig. 6 ist ein Schnitt entlang der Linie VI-VI der Fig. 5 und

Fig. 7 ist ein Schnitt der wesentlichen Teile einer vierten Ausführungsform.

Im folgenden werden erfindungsgemäße bevorzugte Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Die Fig. 1 und 2 zeigen die bevorzugte erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Berührungs-Signalsonde.

In der Zeichnung ist ein im wesentlichen plattenförmiger Deckträger 12 durch Schrauben 11a und 11b an dem oberen offenen Ende eines zylindrisch geformten Sondengehäuses 10 befestigt, das am oberen Ende offen ist. Dieser Deckträger 12 ist mit einer sich nach oben erstreckenden Halterung 14 ausgestattet, um verbindbar mit oder lösbar von einem nicht dargestellten beweglichen Träger angeordnet zu sein.

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In einem der Halterung 14 gegenüberliegenden Teil des Sondengehäuses 10 ist eine öffnung 16 ausgebildet, und ein Sondenschaft 18 erstreckt sich durch die Öffnung 16 und wird relativ zum Sondengehäuse 10 kippbar gehalten. Eine stationäre Platte 20 ist im Sondengehäuse 10 eingebaut, und der vorstehend genannte Sondenschaft 18 ist an der stationären Platte 20 befestigt. Eine Sonde 22 ist mittels eilner Schraube 23 auf dem vorderen Ende des Probenschaftes 18 abnehmbar befestigt, so daß eine gewünschte Sonde 22 befestigt werden kann. Weiteres ist an dem vorstehenden Ende der Sonde 22 eine Kugel 24, die in Kontakt mit einem zu messenden Werkstück gebracht werden soll, fest angebracht.

Zur genauen Positionierung und Halterung der stationären Platte 20 in dem Sondengehäuse 10 werden erfindungsgemäß eine gekippte Lage und eine vertikal verschobene Lage der stationären Platte 20 durch Lagesteuerelemente gesteuert, die unabhängig voneinander ausgebildet sind. Im einzelnen wird die vertikal verschobene Lage der stationären Platte 20 durch eine untere Berührungsfläche zur Lagerung und Halterung der Unterseite der stationären Platte 20 gestützt, und es wird die gekippte Lage der stationären Platte 20 durch eine seitliche Berührungsfläche und eine Eingriffsfläche zur Lagerung und Halterung der seitlichen Oberfläche der stationären Platte 20 definiert. Nachfolgend wird die Halterung des Sondenschaftes 18 (stationäre Platte 20) in der gekippten und vertikal verschobenen Lage beschrieben.

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Eine im wesentlichen fünfeckige säulenförmige stationäre Platte 20 ist am oberen Ende des Sondenschafts 18 angebracht, eine Anschlag-Kugel 26 mit einem sich in die seitliche Richtung der stationären Platte 20 erstreckenden seitlichen peripheren Rand ist an einer seitlichen Oberfläche der stationären Platte befestigt, und es ist eine Rast-Kugel 28, die einen sich in die seitliche Richtung der stationären Platte 20 seitlichen peripheren Rand besitzt, an der anderen seitlichen Oberfläche der stationären Platte 20 durch einen Stützarm 30 der Rast-Kugel befestigt.

Durch die Schrauben 34a und 34b ist eine seitliche Berührungsfläche 32 an dem Sondengehäuse 10 befestigt, die dazu befähigt ist, gegen die Anschlag-Kugel zur Einstellung der lateralen Bewegung der stationären Platte 20 anzustoßen. Eine Rast-Fläche 36 mit einem einrastenden Einschnitt 36a, der es zur Einstellung der Lage der stationären Platte 20 in lateraler Richtung ermöglicht, daß die Rast-Kugel 28 mit zwei Punkten daran anstößt, ist durch die Schrauben 38a und 38b an dem Sondengehäuse 10 befestigt. Als Fogle davon stoßen die Anschlag-Kugel 26 gegen die seitliche Berührungsfläche 32 und die Rast-Kugel 28 gegen den einrastenden Einschnitt 36 der einrastenden Fläche 32 an zwei Punkten davon, so daß die stationäre Platte 20 in seitlicher Richtung an drei Punkten gestützt werden kann, wobei eine Kontrolle der seitlichen Bewegung der stationären Platte 20 möglich wird.

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Weiterhin sind an der unteren Oberfläche der stationären Platte 20 in im wesentlichen gleichwinkeligen Intervallen drei Kontaktpunkt-Kugeln 40a, 40b und 40c befestigt, von denen jede einen unteren peripheren Rand besitzt, der sich von der stationären Platte 20 nach unten erstreckt, und eine scheibenförmige untere Berührungsfläche 42, die gegen die vorstehend genannten Kontaktpunkt-Kugeln 40a, 40b und 40c anstößt, ist an der unteren Fläche des Sondengehäuses 10 durch die Schrauben 44a und 44b befestigt. Als Folge davon stoßen die Kontakt-Kugeln 40a, 40b und 40c gegen eine untere Berührungsoberfläche 42a der unteren Berührungsfläche 42, so daß die stationäre Platte 20 in der vertikalen Richtung durch drei Punkte gestützt werden kann, wodurch sich die Steuerung der vertikalen Bewegung der stationären Platte 20 ermöglicht.

Zusätzlich sind die Anschlag-Kugel 26, die Rast-Kugel 28 und die Kontaktpunkt-Kugeln 40a, 40b und 40c von sphärischer Form, und die Kontaktoberflächen der seitlichen Berührungsfläche 32 des einrastenden Einschnittes 36a und der unteren Berührungsoberfläche 42a planar, wodurch die Bearbeitung der Anschlag-Kugel 26, der Rast-Kugel 28, der Kontaktpunkt-Kugeln 40a, 40b und 40c, der seitlichen Berührungsfläche 32, des einrastenden Einschnittes 36a und der unteren Berührungsoberfläche 42a erleichtert wird, wodurch die Kosten reduziert werden können. Weiterhin gleiten die Anschlag-Kugel 26, die Rast-Kugel 28 und die Kontaktpunkt-Kugeln 40a, 40b und 40c an den Kontaktoberflächen der seitlichen Berührungsfläche 32, des einrastenden Einschnitts 36a und der unteren Berührungsoberfläche 42a, so daß die Kontaktoberflächen

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gereinigt werden können, wodurch Betriebsstörungen ausgeschaltet werden können.

Zur Vorbeugung irregulärer Bewegungen der stationären Platte 20, die durch die untere Berührungsfläche 42, die seitliche Berührungsfläche 32 und die Rast-Fläche 36 gehalten wird, und um die stationäre Platte 20 aus der gekippten Position zurückzuführen, sind eine erste und eine zweite Vorspannungseinrichtung zur Vorspannung der stationären Platte 20 gegen die untere Berührungsfläche 42, die seitliche Berührungsfläche 32 und die Rast-Fläche 36 vorgesehen. Im folgenden werden die erste und die zweite Vorspannungseinrichtung beschrieben.

Die erste Vorspannungsfläche ist vorgesehen, um die unteren peripheren Ränder der Kontaktpunkt-Kugeln 40a, 40b und 40c gegen die untere Berührungsfläche 42a der Berührungsflache 42 zwingend vorzuspannen. In der Ausführungsform enthält die erste Vorspannungseinrichtung zwei Zugfedern 46a und 46b, von denen jede an ihrem Ende an den gegenüberliegenden Endteilen der stationären Platte 20 befestigt ist und das andere Ende an der unteren Berührungsfläche 42, und eine Kompressionsfeder 48, die sich zwischen dem Deckträger 12 und der stationären Platte 20 erstreckt. Wie die Figuren 1 und 2 zeigen, enthält die erste Vorspannungseinrichtung im einzelnen: Zwei Zugfedern 46a und 46b, von denen jede an ihrem einen Ende an den gegenüberliegenden Endteilen der stationären Platte 20 befestigt sind, und am anderen Ende an der unteren Berührungsfläche 42, um die stationäre Platte 20 gegen die untere Berührungsfläche 42 elastisch vorzuspannen und die stationäre Platte 20 gegen die untere Berührungsober-

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fläche 42a elastisch vorzuspannen, und eine Kompressionsfeder 48, die an ihrem einen Ende mit dem zentralen Teil der Deckplatte 12 verbunden ist und an ihrem anderen Ende mit dem zentralen Teil der stationären Platte 20, um die stationäre Platte 20 zwingend gegen die untere Berührungsoberfläche 42a vorzuspannen. Um die Vorspannungskraft der Kompressionsfeder 48 justieren zu können, ist die Deckplatte 12 zusätzlich mit einem Federsitz 50 ausgestattet, um ein Endteil der Kompressionsfeder 48 aufzunehmen, und mit einer Justierschraube 52, um den Federsitz 50 vertikal zu bewegen, so daß die Vorspannungskraft der Kompressionsfeder 48 durch Justierung der Justierschraube 52 in ihrer linear beweglichen Lage eingestellt werden kann. Zur zwingenden Vorspannung der seitlichen peripheren Ränder der Anschlag-Kugel 26 und der Rast-Kugel 28 gegen die seitliche Berührungsfläche 32 und den einrastenden Einschnitt 36a wird zusätzlich die zweite Vorspannungseinrichtung · vorgesehen. In der Ausführungsform enthält die zweite Vorspannungseinrichtung eine Zugfeder 54, die an ihrem einen Ende an der stationären Platte 20 befestigt ist und an ihrem anderen Ende an dem Sondengehäuse 10. Wie die Figuren 1 und 2 im einzelnen zeigen, enthält die zweite Vorspannungseinrichtung zur zwingenden Vorspannung der stationären Platte 20 gegen die seitliche Berührungsfläche 32 und die einrastende Fläche 36 eine Zugfeder 54, die an ihrem einen Ende mit einer vorderen Endfläche 20c, die zwischen zwei Seitenoberflächen 20a und 20b der stationären Platte 20 angeordnet ist und an ihrem anderen Ende mit einem die Feder aufnehmenden Teil 56 des Sondengehäuses 10 verbunden ist.

Um die Vorspannungskraft der Zugfeder 54 justieren zu können, ist das Sondengehäuse 10 mit einem die Feder aufnehmenden Teil 56 und einer die Feder aufnehmenden Schraube 58 versehen, die justierbar im die Feder aufnehmenden Teil 56 angebracht ist und daran mit dem anderen Ende der Zugfeder 54 befestigt ist, so daß die Vorspannungskraft der Zugfeder 54 durch Justierung der die Feder aufnehmenden Schraube 58 in ihrer linear bewegbaren Lage eingestellt werden kann.

Folglich wird die stationäre Platte 20 vertikal bewegbar und kippbar im oben beschriebenen Sondengehäuse gehalten.

In der Ausführungsform erstreckt sich weiterhin ein Sperrelement 60 von einer seitlichen Oberfläche der stationären Platte 20 aus zu der Zugfeder 54 hin, und ein die Sperre aufnehmendes Element 62, das mit dem Sperrelement 60 zum Eingriff zu bringen ist, ist an der unteren Berührungsfläche 42 des Sondengehäuses 10 vorgesehen. Der Eingriff des Sperrelementes 60 mit dem die Sperre aufnehmenden Element 62 beugt einer zu starken Kippung der stationären Platte 20 vor und damit einer zu starken Kippung des Sondenschafts 18. Im einzelnen enthält das Sperrelement 60 einen stabförmigen Körper 64 und einen scheibenförmigen Kopf 66, der an einem Ende des Körpers 64 vorgesehen ist. Das vordere Endteil 64a des Körpers 64 ist an der stationären Platte 20 befestigt, und das die Sperre aufnehmende Element 62 besitzt die Form eines Blockes und ist an dem zentralen Teil davon mit einem

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einrastenden Einschnitt 62 versehen und durch die Schrauben 68a und 68b an der unteren Berührungsfläche 42 befestigt. Dann wird der Körper 64 des Sperrelements 60 lose durch den einrastenden Einschnitt 62 des die Sperre empfangenden Elements 62 eingeführt, und die rückwärtige Oberfläche des Kopfs 66 des Sperrelements 60 wird in eine Lage gegenüber einer Endfläche 62 des die Sperre empfangenden Elements 62 gebracht. Dazu wird die stationäre Platte 20 in eine Richtung zwischen der Frontseite und der Rückseite der Papierebene in der Fig. 1 gebracht. Der Körper des Sperrelements 60 wird mit den Wänden des Einschnitts des die Sperre empfangenden Elements 62 zum Eingriff gebracht, so daß die stationäre Platte 20 an einer zu starken Kippung gehindert wird. Wenn weiterhin die stationäre Platte 20 in einer Richtung, wie sie durch den Doppelpfeil A angezeigt wird, gekippt wird, und so die vorstehend genannte Richtung senkrecht schneidet, stößt der Kopf 66 des Sperrelements 60 gegen eine Endfläche 62b des die Sperre aufnehmenden Elements 62, so daß die stationäre Platte 20 davon abgehalten wird, sich zu stark zu neigen.

Wie oben beschrieben wurde, kann der Sondenschaft vertikal beweglich und kippbar gehalten werden, und die statische Lage des Sondenschafts 18 kann durch seitliche periphere Ränder der Anschlag-Kugel 26 und der Rast-Kugel 28 und die unteren peripheren Ränder der Kontaktpunkt-Kugeln 40a, 40b und 40c stabilisiert werden. Erfindungsgemäß kann die Kontrolle der Lagen der stationären Platte 20 zur Fixierung der

Sonde 22 (Sondenschaft 18) in der vertikalen Richtung und der seitlichen Richtung getrennt voneinander durchgeführt werden. Um die stationäre Platte 20 sowohl in vertikaler Richtung als auch der seitlichen Richtung zum Eingriff zu bringen, werden die Kontaktpunkt-Kugeln 40a, 40b und 40c vorgesehen, von denen jede einen unteren peripheren Rand besitzt, und die Anschlag-Kugel 26 und die Rast-Kugel 28, von denen jede einen seitlichen peripheren Rand hat, so daß mit einer vereinfachten Konstruktion eine ausreichend statische Lage der Sonde 22 nach Rückkehr in die Ausgangslage erhalten werden kann und eine stabile Positionierung der Sonde 22 durchgeführt werden kann.

Im folgenden wird eine Beschreibung zur Bestimmung eines Kontaktes zwischen der Sonde 18 und dem zu messenden Werkstück gegeben.

In der Ausführungsform bilden die Kontaktpunkt-Kugeln 40a, 40b, 40c und die untere Berührungsoberfläche 42a Paare von Hauptkontaktpunkten. Im einzelnen werden die unteren stationären Kontaktpunkte 70a, 70b und 70c, die in Kontakt mit den unteren peripheren Rändern der Kontaktpunkt-Kugeln 40a, 40b und 40c gebracht werden sollen, in der unteren Berührungsoberfläche 42a der unteren Berührungsfläche 42 eingebettet und darauf fixiert. Die Kontaktpunkt-Kugeln 40a, 40b und 40c und die unteren stationären Kontaktpunkte 70a, 70b und 70c bilden die Paare der Hauptkontakt punkte der Berührungs-Signalsonde.

In der Ausführungsform bilden weiterhin die Anschlag-

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Kugel 26, die Rast-Kugel 28, die seitliche Berührungsfläche 32 und die einrastende Fläche 36 ein Paar von Hilfskontaktpunkten. Im einzelnen wird der stationäre Hilfskontaktpunkt 72, der in Kontakt mit dem seitlichen peripheren Rand der vorstehend genannten Anschlag-Kugel 26 gebracht werden soll, in die seitliche Berührungsfläche 32 eingebettet und auf ihr fixiert, und zwei stationäre Hilfskontaktpunkte 74a und 74b, die in Kontakt mit den seitlichen peripheren Rändern der vorgenannten Rast-Kugel 28 gebracht werden sollen, werden in den einrastenden Einschnitt 36a der einrastenden Fläche 36 eingebettet und auf ihr fixiert, wodurch die Anschlag-Kugel 26, die Rast-Kugel 28, die stationären Hilfskontaktpunkte 72, 74a und 74b ein Paar von Hilfskontaktpunkten der Berührungs-Signalsonde bilden.

Als Ergebnis werden durch die drei Paare der Hauptkontaktpunkte und die drei Paare der Hilfskontaktpunkte sechs Paare von Kontaktpunkten der Berührungs-Signalsonde gebildet, so daß die Meßgenauigkeit verbessert werden kann. Im einzelnen kann eine feine Neigung des Sondenschaftes 18 bestimmt werden, so daß die Leistung verbessert werden kann. Weiterhin kann die Rückkehr der Sonde in die Ausgangslage genauer bestimmt werden.

Dann werden die Kontaktpunkt-Kugeln 40a, 40b und 40c und die unteren stationären Kontaktpunkte 70a, 70b und 70c in Serie und in alternierenden Richtungen zueinander angeordnet und weiterhin die Anschlag-

Kugel 26 und die Rast-Kugel 28 und die stationären Hilfskontaktpunkte 72, 74a und 74b in Serie und in alternierenden Richtungen zueinander, wodurch die Gruppen der Hauptkontaktpunkte und die Paare der Hilfskontaktpunkte eine Serienschaltung bilden, so daß ein Kontakt der auf dem vorderen Ende des Sondenschaftes 18 befestigten Sonde 22 und des zu messenden Objekts durch einen nicht gezeigten Kontaktdetektor bestimmt werden kann. Im einzelnen werden dann, wenn kein Kontakt zwischen der Sonde 22 und dem zu messenden Werkstück besteht, alle drei Paare der Hauptkontaktpunkte, das heißt (die Kontaktpunkt-Kugel 40a, der untere stationäre Kontaktpunkt 70a), (die Kontaktpunkt-Kugel 40b, der untere stationäre Kontaktpunkt 70b) und (die Kontaktpunkt-Kugel 40c, der untere stationäre Kontaktpunkt 70c) in Kontakt miteinander gebracht, und weiterhin alle drei Paare der Hilfskontaktpunkte, d.h. (die Anschlag-Kugel 26, der stationäre Hilfskontaktpunkt 72), (die Rast-Kugel 28, der stationäre Hilfskontaktpunkt 74a) und (die Rast-Kugel 28, der stationäre Hilfskontaktpunkt 74b), wodurch der Kontaktdetektor in einem leitenden Zustand ist. Wenn die Sonde 22 in Kontakt mit dem zu messenden Werkstück kommt, so führt bei dieser Anordnung der Sondenschaft 18 eine Neigung oder eine vertikale Bewegung aus, wodurch irgendein Paar von Kontaktpunkten der drei Gruppen der Hauptkontaktpunkte und der drei Hilfskontaktpunkte voneinander getrennt werden. Folglich kommt der Kontaktdetektor in einen nichtleitenden Zustand, so daß der Kontakt zwischen der Sonde 22 und dem zu messenden Werkstück nicht genau bestimmt werden kann.

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Es wird nun eine Beschreibung der Wirkung der vorstehend beschriebenen Anordnung der erfindungsgemäßen Ausführungsform gegeben.

In den Fig. 1 und 2 wird die Sonde 22 kippbar und vertikal beweglich durch die Zugfedern 46a, 46b, die Kompressionsfeder 48 und die Zugfeder 54 gehalten, die unteren peripheren Ränder der Kontaktpunkt-Kugeln 40a, 40b und 40c werden durch die Zugfedern 46a, 46b, die Kompressionsfeder 48 und die Zugfeder 54 in Kontakt mit der unteren Berührungsoberfläche 42a gebracht, und die seitlichen peripheren Kanten der Anschlag-Kugel 26 und der Rast-Kugel 28 werden mit der seitlichen Berührungsfläche 32 und der einrastenden Fläche 36 in Kontakt gebracht, so daß die statische Lage der Sonde 22 stabilisiert werden kann. Weiterhin werden alle drei Paare von Hauptkontaktpunkten d.h. (die Kontaktpunkt-Kugel 40a, der untere stationäre Kontaktpunkt 79a), (die Kontaktpunkt-Kugel 40b, der untere stationäre Kontaktpunkt 70b) und (die Kontaktpunkt-Kugel 40c, der untere stationäre Kontaktpukt 70c) in Kontakt miteinander gebracht, weiterhin werden alle drei Paare der Hilfskontaktpunkte, d.h. (die Anschlag-Kugel 26, der stationäre Hilfskontaktpunkt 72), (die Rast-Kugel 28, der stationäre Hilfskontaktpunkt 74a) und (die Rast-Kugel 28, der stationäre Hilfskontaktpunkt 74b) in Kontakt miteinander gebracht, wodurch der Kontaktdetektor im leitenden Zustand ist.

Wenn dann die am vorderen Ende des Sondenschafts 18 befestigte Sonde 22 in Kontakt mit dem zu messenden

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Werkstück kommt, führt der Sondenschaft 18 (wie oben beschrieben) eine Neigung oder eine vertikale Bewegung aus, und jedes Paar der Kontaktpunkte der drei Paare der Hauptkontaktpunkte und der drei Hilfskontaktpunkte wird voneinander getrennt, wodurch der Kontakt mit dem Kontaktdetektor bestimmt werden kann. Zu diesem Zeitpunkt kann sich der Sondenschaft 18„ selbst wenn der bewegbare Träger überschießt, sich relativ zum Sondengehäuse neigen, so daß der Sondenschaft 18 und die Sonde 22 vor einer Beschädigung bewahrt werden können. Weiterhin wird der Sondenschaft 18 durch das Sperrelement 16 und das die Sperre empfangende Element 62 so gesteuert, daß er sich nicht über einen vorbestimmten Winkel hinaus neigen kann, so daß die Zugfedern 46a, 46b, die Kompressionsfeder 48 und die Zugfeder 54 vor einer Verdrehung oder Beschädigung bewahrt werden können.

Wenn dann die Sonde 22 von dem zu messenden Werkstück gelöst wird, wird der Sondenschaft 18 durch die Vorspannungskräfte der Zugfedern 46a, 46b, der Kompressions feder 48 und der Zugfeder 54 rasch in die neutrale Stellung gebracht, und die seitlichen peripheren Ränder der Anschlag-Kugel 26 und der Rast-Kugel 28 kommen wieder in Kontakt mit der seitlichen Berührungsfläche 32 und der einrastenden Fläche 36, und die unteren peripheren Ränder der Kontaktpunkt-Kugeln 40a, 40b und 40c kommen in Kontakt mit der unteren Berührungsoberfläche 42a der unteren Berührungsfläche 42, wodurch der Sondenschaft 18 in seiner statischen Lage stabilisiert wird und der Kontaktdetektor in den tenden Zustand zurückkehrt.

Wie oben beschrieben wurde, kann mit der vereinfachten Konstruktion gemäß der erfindungsgemäßen ersten Ausführungsform die ausreichende Rückkehr der Sonde in die Ausgangslage und die stabilisierte statische Bedingung der Sonde erreicht werden. Außerdem kann der Ausschlag der Sonde erweitert werden. Weiterhin wird die Lage der Sonde nicht eingeschränkt.

Weiterhin werden die untere Berührungfläche zur Kontrolle der vertikalen Bewegung der stationären Platte und die seitliche Berührungsfläche und die einrastende Fläche zur Kontrolle der seitlichen Bewegung der stationären Platte unabhängig voneinander vorgesehen, und weiterhin wird die stationäre Platte gegen die untere Berührungsfläche, die seitliche Berührungsfläche und die einrastende Fläche durch die erste und die zweite Vorspannungseinrichtung ohne gegenseitige Beeinflussung vorgespannt, so daß sie gelagert und gehalten werden kann, ohne in ihrer Lage verschoben zu werden, und damit kann der stabile und genaue statische Zustand nach Rückkehr in die Ausgangslage der stationären Platte, d.h. der Sonde erhalten werden kann, wodurch eine Verbesserung der Meßgenauigkeit möglich ist.

Zusätzlich können gemäß der ersten Auführungsform die jeweiligen Bewegungen der stationären Platte in der vertikalen Richtung und der seitlichen Richtung durch Positionskontrollelemente, die unabhängig voneinander gebildet sind, durchgeführt werden, der Meßdruck, d.h. der Kontaktdruck zwischen der Sonde und dem zu messenden Werkstück kann niedrig gehalten und auf den optimalen Wert eingestellt werden,

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und die Neigung und dgl. der stationären Platte und des Schaftes durch die Schwerkraft können verhindert werden, so daß eine genaue Messung durchgeführt werden kann, ohne daß diese durch die Lage der Sonde gestört wird. Weiterhin sind die jeweiligen Positionskontrollelemente unabhängig voneinander mit der ersten und der zweiten Vorspannungseinrichtung versehen. Aufgrund dieser Tatsache kann die augenblickliche Rückkehr der Sonde in die Ausgangsposition auch dann erreicht werden, wenn der zulässige Neigungswert größer ist, so daß ein sogenannter Gesamt-Überlaufwert vergrößert werden kann.

Gemäß der ersten Ausführungsform können weiterhin die stationäre Platte, die untere Berührungsfläche, die seitliche Berührungsfläche und die einrastende Fläche durch Verwendung ebener Platten und dgl . , wie vorstehend aufgeführt, in sehr vereinfachten Konstruktionen ausgebildet werden, so daß die Herstellung von Teilen der Berührungs-Signalsonde erleichtert werden kann. Weiterhin kann die Kontrolle der Lagen der stationären Platte in der vertikalen und der seitlichen Richtung unabhängig voneinander durchgeführt werden, und es herrschen keine besonderen Beziehungen zwischen ihnen, wodurch es nicht notwendig ist, beide Positionskontrollelemente mit einer äußerst hohen Genauigkeit in ihrer gegenseitigen Lage anzuordnen, wodurch es möglich ist, die Berührungs-Signalsonde mit niedrigen Kosten herzustellen.

In der ersten Ausführungsform wird weiterhin die erste Vorspannungseinrichtung durch die zweite Zugfedern und

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Kompressionsfeder gebildet, kann aber auch nur durch zwei Zugfedern gebildet sein, die an den gegenüberliegenden Endteilen der stationären Platte vorgesehen sind, ohne Verwendung einer Kompressionsfeder.

Darüber hinaus kann gemäß der ersten Ausführungsform die Berührungs-Signalsonde kompakt und mit einem geringen Gewicht hergestellt werden. Es besteht deshalb nicht die Notwendigkeit, den beweglichen Träger mit einer festen Konstruktion auszuführen, wodurch die Kosten des Meßinstruments erniedrigt werden und die Kontrollierbarkeit verbessert werden kann.

In der ersten Ausführungsform bilden weiterhin die drei Gruppen der Hauptkontaktpunkte und die drei Gruppen der Hilfskontaktpunkte die Paare der Kontaktpunkte der Berührungs-Signalsonde, aber es können auch entweder die drei Paare der Hauptkontaktpunkte oder die drei Paare der Hilfskontaktpunkte die Paare der Kontaktpunkte der Berührungs-Signalsonde bilden.

Nach der ersten Ausführungsform können weiterhin die seitliche Berührungsfläche 12 und die einrastbare Fläche 36 die Bewegung der stationären Platte 20 (Sondenschaft 18) in der seitlichen Richtung kontrollieren und insbesondere die stationäre Platte 20 (Sondenschaft 18) daran hindern, um den Sondenschaft zu rotieren.

Die Fig. 3 zeigt die zweite Ausführungsform der Erfindung, und die Fig. 4 zeigt einen Schnitt davon.

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In der zweiten Ausführungsform wird der untere periphere Rand der Anschlag-Kugel 26 verwendet, um eine (40c) der Kontaktpukt-Kugeln zu ersetzen. Im einzelnen sind die Kontaktpunkt-Kugeln 40a und 40b an der stationären Platte 20 mittels Kontaktstützarmen 76a und 76b befestigt, und weiterhin sind die Anschlag-Kugel 26 (Kontaktpunkt-Kugel 40c) und die Rast-Kugel 28 mittels eines Stützarms 78 für die Anschlag-Kugel und den Stützarm 30 für die Rast-Kugel fest an der stationären Platte 20 angebracht. Die statische Lage des Sondenschaftes 18 kann durch die unteren peripheren Ränder der Kontaktpunkt-Kugeln 40a, 40b, den unteren peripheren Rand der Anschlag-Kugel 26 und den seitlichen peripheren Rand der Rast-Kugel 28 stabilisiert werden. Folglich wird die Anschlag-Kugel 26 dazu veranlaßt, die stationäre Platte 20 in zwei Richtungen zu stützen, so daß der Sondenschaft 18 durch Verwendung von 4 Kugeln zuverlässig stabilisiert werden kann, wodurch die Berührungs-Signalsonde in der Größe kompakt gehalten werden kann.

In der zweiten Ausführungsform kann in der gleichen Weise wie in der ersten Ausführungsform ein ausreichender statischer Zustand der Sonde nach ihrer Rückkehr in die Ausgangsposition und ein stabilisierter statischer Zustand der Sonde durch eine vereinfachte Konstruktion erreicht werden, und der Ausschlag der Sonde kann erweitert werden.

Fig. 5 zeigt die dritte Ausführungsform der Erfindung, und Fig. 6 einen Schnitt davon.

In der dritten Auführungsform wird der untere periphere Rand der Anschlag-Kugel 26 verwendet, um (403 der Kontaktpunkt-Kugeln zu ersetzen, und weiterhin den unteren peripheren Rand der Rast-Kugel 28, um eine (40b) der Kontaktpunkt-Kugeln zu ersetzen. Im einzelnen wird die Kontaktpunkt-Kugel 40a über den Kontaktpunkt-Kugel-Stützarm 76a an der stationären Platte 20 befestigt, und weiterhin die Anschlag-Kugel 26 (Kontaktpunkt-Kugel 40c) und die Rast-Kugel 28 (Kontaktpunkt-Kugel 40b) an der stationären Platte 20 über den Stützarm 78 der Anschlag-Kugel und den Stützarm 30 der Rast-Kugel fest angebracht. Die statische Lage des Sondenschaftes 18 kann dann durch den unteren peripheren Rand der Kontaktpunkt-Kugel 40a, den unteren peripheren Rand der Anschlag-Kugel 26, den unteren peripheren Rand und die seitlichen peripheren Ränder der Rast-Kugel 28 stabilisiert werden. Folglich wird die Anschlag-Kugel 26 dazu veranlaßt, die Sonde in zwei Richtungen zu stützen, und die Rast-Kugel 28 wird ebenfalls veranlaßt, die Sonde in zwei Richtungen zu stützen, wodurch die statische Lage der Sonde durch Verwendung von drei Kugeln zuverlässig stabilisiert und damit die Berührungs-Signalsonde kompakt gehalten werden kann. Zusätzlich kann in der Fig. 6 die Zugfeder 54 in irgendeiner Lage zwischen den Stützarm 30 der Rast-Kugel und den Stützarm 78 der Anschlag-Kugel zwischengeschaltet werden. In der dritten Ausführungsform können in der gleichen Weise wie nach der ersten Ausführungsform ein ausreichender statischer Zustand der Sonde nach jeder Rückkehr in die Ausgangsposition und ein stabilisierter statischer Zustand der Sonde mit einer einfachen Konstruktion erreicht werden, und der Ausschlag der Sonde kann erweitert werden.

In der dritten Ausführungsform, wie sie in den Figuren 5 und 6 gezeigt wird, können weiterhin drei Gruppen von Hauptkontaktpunkten und drei Paare von Hilfskontaktpunkten die Gruppen der Kontaktpunkte der Berührungs-Signalsonde bilden. Im einzelnen können der untere periphere Rand der Anschlag-Kugel 26 (Kontaktpunkt-Kugel 40c), der unter periphere Rand der Rast-Kugel 28 (Kontaktpunkt-Kugel 40b) und der untere periphere Rand der Kontaktpunkt-Kugel 40a drei Gruppen von Hauptkontaktpunkten bilden, und der seitliche periphere Rand der Anschlag-Kugel 26 (Kontaktpunkt-Kugel 40c) und die seitlichen peripheren Ränder der Rast-Kugel (Kontaktpunkt-Kugel 40b) können die drei Gruppen der Hilfskontaktpunkte bilden. Wenn die drei Gruppen der Hauptkontaktpunkte und die drei Gruppen der Hilfskontaktpunkte in Serie verbunden sind, wird es möglich, die Rückkehr der Sonde in die Ausgangsposition genau zu bestimmen.

Fig. 7 zeigt zusätzlich die vierte Ausführungsform der Erfindung, in welcher in der gleichen Weise wie nach der dritten Ausführungsform die statische Lage des Sondenschaftes 18 durch den unteren peripheren Rand der Kontaktpunkt-Kugel 40a, den unteren peripheren Rand und den seitlichen peripheren Rand der Anschlag-Kugel 26 und den unteren peripheren Rand und die seitlichen peripheren Ränder der Rast-Kugel 28 stabilisiert werden kann. In der vierten Ausführungsform werden der Stützarm 78 der Anschlag-Kugel und der Stützarm 30 der Rast-Kugel parallel zueinander angeordnet, was weiterhin zu einer kompakten Berührungs-Signalsonde beiträgt.

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Wie vorstehend beschrieben wurde, können mit der erfindungsgemäßen Berührungs-Signalsonde der zufriedenstellende statische Zustand der Sonde nach ihrer Rückkehr in die Ausgangsposition und der stabilisierte statische Zustand der Sonde mit einer einfachen Konstruktion erreicht werden, und weiterhin kann die Berührungs-Signalsonde kompakt und mit geringem Gewicht hergestellt werden. Außerdem kann der Ausschlag der Sonde erweitert werden.

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Claims

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Patentansprüche

( 1 .J Berührungs-Signalsonde mit

einem Sondengehäuse zur kippbaren und vertikal beweglichen Halterung der Sonde, die in Kontakt mit dem zu messenden Werkstück zu bringen ist,

einer am oberen Teil des Sondengehäuses befestigten Deckplatte mit einem Gelenk, das mit einem beweglichen Träger lösbar verbunden ist,

einer in dem Sondengehäuse befindlichen stationären Platte zur Befestigung und Halterung des oberen Teils der Sonde,

einer unteren dem Boden des Sondengehäuses befestigten Berührungsfläche zur Halterung der stationären Platte,

einer Anschlag-Kugel und einer Rast-Kugel, die an der stationären Platte befestigt sind und von denen jede einen von der stationären Platte in seitlicher Richtung sich erstreckenden und fest verbundenen seitlichen peripheren Rand hat,

einer seitlichen an dem Sondengehäuse befestigten Berührungsfläche, die zur Kontrolle der Bewegung der stationären Platte in seitlicher Richtung gegen die Anschlag-Kugel stößt,

einer an dem Sondengehäuse befestigten einrastenden Fläche mit einem gegen die Rast-Kugel an zwei Stellen anstoßenden einrastenden Einschnitt zur Kontrolle der. Stellung der stationären Platte in seitlicher Richtung,

drei in im wesentlichen gleichwinkeligen Abständen an der stationären Platte befestigten Kontaktpunkt-Kugeln, von denen jede einen von der stationären Platte nach unten gerichteten und fest verbundenen unteren peripheren Rand hat,

drei stationären an der unteren Berührungsfläche in gegenläufiger Beziehung zu den Kontaktpunkt-Kugeln befestigten Kontaktpunkte,

einer ersten Vorspannungseinrichtung zur zwingenden Vorspannung der stationären Platte gegen die untere Berührungsfläche, und

einer zweiten Vorspannungseinrichtung zur zwingenden Vorspannung der stationären Platte gegen die seitliche Berührungsfläche und die einrastende Fläche.

2. Berührungs-Signalsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein unterer peripherer Rand der Anschlag-Kugel der stationären Platte anstatt einer der Kontaktpunkt-Kugeln vorgesehen ist.

3. Berührungs-Signalsonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein unterer peripherer Rand der Anschlag-Kugel und ein unterer peripherer Rand der Rast-Kugel der stationären Platte anstatt der zwei Kontaktpunkt-Kugeln vorgesehen sind.