DE3320127A1

DE3320127A1 - Taststiftwechselhalter

Info

Publication number: DE3320127A1
Application number: DE3320127A
Authority: DE
Inventors: Hans Joachim 7082 Oberkochen Neumann; Horst 7923 Königsbronn Schneider; Rainer 7920 Heidenheim Zeeh
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss AG
Priority date: 1983-06-03
Filing date: 1983-06-03
Publication date: 1984-12-06
Anticipated expiration: 2003-06-04
Also published as: US4637119A; JPS59228102A; DE3348472C2; EP0128464B1; EP0128464A3; EP0128464A2; JPH0570081B2; US4688307A; US4649623A; DE3320127C2; DE3475951D1

Description

	*.ζ-*	ί.	Firma Carl Zeiss, 7920 Heidenheim (Brenz)	- ν	i	83015 P
5				- 83015 G
	Taststiftwechselhalter
10
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Toststiftwechselhalter

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 erforderlichen Taststiftkombination ermöglichen.

Bisher ist es üblich den Taststift manuell in den Tastkopf einzuschrauben 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 Meßverfahren 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 ausgestaltet ist. Jedenfalls ist nach diesem bekannten, automatischen V/echselverfahren eine Kalibrierung der Taststifte nach jedem Wechsel erforderlich, was den Meßablauf verlangsamt.

Aus der GB-PS 15 99 751 ist eine Aufnahme zur auswechselbaren Befestigung eines kompletten Tastkopfs an der Pinole einer Meßmaschine bekannt. 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 Genauigkeit eindeutig fest. Das Auswechseln der Tastköpfe erfolgt also bei diesem Gerät wieder durch Bedienpersonal, das den Spannhebel betätigen

on muß. Nachteilig ist außerdem der Umstand, daß infolge des Wechselns des kompletten Tastkopfes eine ganze Reihe verschiedener elektrischer Verbindungen 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

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eingesetzt werden. Zur Durchführung eines automatischen Wechselvorganges ist diese Lösung nicht geeignet.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Aufnahme zur auswechselbaren Befestigung eines Taststifts bzw. einer Taststiftkombination zu schaffen, die ein automatisch von der Maschine aus gesteuertes Wechseln gestattet.

Diese Aufgabe wird gemäß dem Kennzeichen des Houptanspruches dadurch gelöst, daß eine elektrisch arbeitende Spanneinrichtung vorgesehen ist, die den Anschlußkörper des Taststifts bzw. der Taststiftkombination gegen ein seine Lage eindeutig bestimmendes Lager in der Aufnahme am Tastkopf zieht.

Die Betätigung der elektromagnetischen Spanneinrichtung kann automatisch 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 verschiedene Taststifte oder Taststiftkombinationen bereit gehalten werden, und dort die Spanneinrichtung zum Ablegen der nicht mehr benötigten Taststiftkombinationen oder zum Aufnehmen der neuen Taststiftkombination auslöst. Damit erübrigen sich manuell durchzuführende Arbeitsgänge beim Tasterwechsel.

Bei ausreichend genauer Ausbildung des Lagers, gegen das der Anschlußkörper gezogen wird, kann ein Kalibrieren der Tastkugeln nach dem Einwechseln 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 bestehen, der mit einem den Taststift gegen sein Lager ziehenden, selbstherirnenden Getriebe versahen ist. Im einfachsten Fall besteht dieses Getriebe aus einer Gewindespindel auf der Motorachse, die in ein entsprechendes Gegengewinde im Anschlußkörper eingreift.

Besonders vorteilhaft ist es jedoch, 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 ebenso wie bei der Ausführungsform mit Motor und selbsthemmendem Getriebe 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 benötigt wird. Es ist jedoch ebenfalls möglich die Spanneinrichtung in den Anschlußkörper des Taststifts einzubauen,_ wenn durch herausgeführte . Kontakte und entsprechende Gegenkontakte an dem verwendeten Taststiftmagazin ein sicheres elektrisches Schalten der Spanneinrichtung gewährleistet ist. Weiterhin ist es z.B. möglich nur den Permanentmagneten bzw. das Getriebe im Anschlußkörper unterzubringen und den Elektromagneten bzw. 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 zugeordnet werden, in die beispielsweise eine am Anschlußkörper der-Taststiftkombination angebrachter Stift eingreift oder umgekehrt'.

Die erfindungsgemäße Aufnahme eignet sich sowohl für schaltende Tastköpfe, 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 beschriebene Taster, besitzen in der Regel einen motorischen Gewichtsausgleich, der Auslenkungen des Tasters nach dem Einwechseln vom Gewicht oder der Gewichtsverteilung her unterschiedlichen Taststiftkombinationen 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.

V/eitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren 1-4 der beigefügten Zeichnungen. Dabei zeigt: 20

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

Fig. Ib eine detaillierte Ansicht einer der drei Lagergruppen 14/15 in ^Fi9· 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;

Fig. 4 eine Schnittzeichnung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Die in den- Fig. 1-3 dargestellte Aufnahme für die Taststiftkombination 21 besitzt ein zylindrisches Gehäuse !,das mit einem Flansch-2'ver-

- ir-

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 Halteplatte 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 hindurchgeführt 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. la 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 Anziehen der Schrauben 1.7 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 Io verdrehen, so daß es möglich ist die Winkellage der im allgemeinen unsymmetrischen Taststiftkombination 21 relativ zum Ring 16 einzustellen. 5

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 automatisch 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 Haltekraf.t zwischen dem Magneten 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 Gehäusedeckel 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 Taststiftkombination 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 hinbewegt 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 Anschlußkörper 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 einzuschalten und zwar derart gepolt, daß sein Feld das des P.ermanentmagne-

1 .

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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 f.4ikroschalters 19 ist durch die Bohrung 24b hindurchgeführt.

In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Aufnahme zur auswechselbaren Befestigung einer Taststiftkombination dargestellt. Diese

"15 Aufnahme besteht wieder aus einem mit einem Flansch 102 versehenen zylindrischen Gehäuse 101. Hit dem Flansch 102 kann die Aufnahme beispielsweise am beweglichen Teil 3 des in der US-PS 4 177 568 beschrie- - benen 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 Anschlußkörper bilden. 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 Lageorientierung des Rings 116 zum Tastkopf.

Abweichend vom Ausführungsbeispiel nach Fig. 1-3 wird der Anschlußkörper 115-119 nicht durch einen Permanentmagneten sondern von einer Gewindespindel 111 mit Hilfe eines Elektromotors 109 gegen das Lager 114 gezogen. Dazu ist die Platte 118 mit einem zentrischen .Gegengewinde 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 zugehöriger Druckscheiben 137 an einem Tragring 104 befestigt. In diesen Trag-

ring 104 ist außerdem ein Achsiallager 112 zur Entlastung der Welle 110 des Motors 109 eingesetzt. Eine Druckschraube 113 dient zur Festlegung 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. Nach entsprechender Neupositionierung des Tastkopfs und Umpolung der Drehrichtung des Mo-_V tors 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.

Die isostatischen Dreipunktlager 14/15 und 114/115 in den beiden Ausführungsbeispielen nach Fig. 1-3 und Fig. 4 legen die räumliche Lage der Taststiftkombination relativ zum Tastkopf mit einer derartig hohen V/iederholgenauigkeit 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 Meßzeitverkürzuhg.

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Claims

Patentansprüche:

/ 1. Aufnahme zur auswechselbaren Befestigung eines Taststifts bzw. einer Taststiftkombination am Tastkopf eines Koordinatenmeßgerätes, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrisch arbeitende Spanneinrichtung (9-11; 109-111) vorgesehen ist, die den Anschlußkörper (15-19; 115-119) des Taststifts bzw. der Taststiftkombination (21) gegen ein seine Lage eindeutig bestimmendes Lager (14;114) in der Aufnahme (1,-10I) am Tastkopf zieht.
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2. Aufnahme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanneinrichtung aus einem Elektromotor (109) und einem den Taststift gegen sein Lager ziehenden, selbsthemmenden Getriebe (111; 131) besteht.
3. Aufnahme nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Getriebe um eine Gewindespindel (111) handelt.
4. Aufnahme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanneinrichtung aus einem Permanentmagneten (11) und einem Elektromagneten

(10) besteht, dessen Feld dem des Permanentmagneten (11) überlagerbar ist.
5. Aufnahme nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (11) gegen Federkraft (5) in Richtung auf das Lager (14) verschiebbar ist.
6. Aufnahme nach Anspruch 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager aus drei Zylinderkörpern (14a-c;114a-c) besteht und das Gegenlager taststiftseitig drei Kugelpaare ( 15a-c; 115a-c) umfaßt, die si'ch mit ihren V-förmigen Zwischenräumen an die Zylinderkörper (14a-c;114a-c) anlegen.

7. Aufnahme nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Anschlußkörper (15-19;115-119) eine Nut (26;126) zugeordnet ist, in die ein an der Aufnahme (l;101) des Tastkopfs angebrachter Stift (27;127) eingreift.

8 5 9 10 10 15 . Aufnahme nach Anspruch 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auf- verbunden -- - - - 20 nähme (1) ein Schalter (13) befestigt ist, der vom Abschlußkörper 25 (15-19) betätigt wird und mit einer Einheit im Tastkopf 30 ist, die den Gewichtsausgleich des Tastkopfs steuert. der Ab- 35 verdrehbaren . Aufnahme nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß 16,117-119) schlußkörper des Taststifts (21) aus zwei gegeneinander und in ihrer Lage fixierbaren Teilen (15/16,17-19;115/1 besteht. die Spann- einrichtung (9-11;109-111) in die Aufnahme (1,-10I) am Tastkopf ein . Aufnahme nach Anspruch 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß gebaut ist.