DE3345653C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Tastkopf der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung. Derartige Tastköpfe finden beispielsweise Anwendung als Berührungssensor bei Werkzeugmaschinen und sie sollen beim Anlaufen eines Anschlags augenblicklich ein definiertes elektrisches Signal liefern.

Ein gattungsgemäßer Tastkopf ist aus der GB 20 94 478 A bekannt. Hierbei sind zur Führung des Taststiftflansches während der Kippbewegung drei Zentrierfedern im Gehäuseboden angeordnet, die seitlich auf eine konische Übergangslagerfläche des Taststiftflansches wirken und diese gegen seitliche Bewegungen abstützen. Die Schalteinrichtung weist einen induktiven Wegsensor mit einem Tauchkern auf, der innerhalb einer Spule verschiebbar ist, die entsprechend der Verschiebung ein differentielles Ausgangssignal liefert. Axial stützt sich in der Mitte des Ringflansches des Taststiftes eine federbelastete Kugel ab, die auf den Tauchkern bei jeder Kippbewegung im Sinne einer Auslenkung des Tauchkerns einwirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einfach aufgebauten und betriebssicher arbeitenden Tastkopf zu schaffen, der unabhängig von der Anlaufrichtung einen definierten Schaltvorgang auslöst, nachdem er um einen vorbestimmten Betrag ausgelenkt bzw. gekippt wurde.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Dadurch, daß der Umfang des Ringflansches mit einer bogenförmigen Krümmung versehen ist, die an der zylindrischen Innenwand des Gehäuses ablaufen kann, wird auf einfachste Weise eine Zentrierung in der Mittelstellung und eine Führung bei der Kippbewegung gewährleistet. Die Zentrierung des Taststiftes genau in der Achse ist von besonderer Wichtigkeit, weil der Punkt, an dem die Auslenkung beginnt, immer genau und reproduzierbar festgelegt sein muß. Diese Mittelstellung wird genau durch den Sitz des äußeren Umfangs des Flansches in der zylindrischen Innenwand des Gehäuses gewährleistet, wobei in Verbindung mit der Ringschneide eine leichtgängige Kippbewegung gewährleistet wird. Beim Zurückfallen des Taststiftes bzw. des Flansches wird die Mittelstellung in Verbindung mit der Zentrierfeder jeweils exakt wieder hergestellt.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die axiale Einstellmöglichkeit des Festkontaktes wird in Verbindung mit der elastischen Federabstützung eine sichere Kontaktgabe gewährleistet und der Ansprechwinkel läßt sich einstellen. Durch die Membranabdichtung gemäß Anspruch 7 ist bei voller Funktionsfähigkeit des Taststiftes in seiner Bewegung nach allen Richtungen eine einwandfreie Abdichtung des Gehäuses möglich, so daß der Tastkopf auch in einer schmutzigen oder feuchten Umgebung dauerhaft arbeiten kann, ohne die Schaltfunktion zu beeinträchtigen.

Nachstehend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Teilschnittansicht einer ersten Ausführungsform eines Berührungssensors;

Fig. 2 in größerem Maßstab eine Schnittansicht des Hauptaufbaus des Sensors nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Teilschnittansicht des elektrischen Kontaktaufbaus und der Träger bei einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Berührungssensors. Der Berührungssensor besteht im wesentlichen aus einem zylindrischen Gehäuse 20, einer beweglichen sonde 10, einem ersten elektrischen Kontakt 16, einem Gelenkorgan 23, einem Überbrückungsglied 24, einer Feder 30 und einem Detektor 40 für elektrische Signale.

Die bewegliche Sonde 10 besteht aus einem hohlen Verbindungsglied 15, einem an einem Ende am Verbindungsglied 15 fixierten Taststift 11, einem Ringflansch 13, der am anderen Ende des Verbindungsgliedes 15 angeordnet ist, einem Träger 17, der ein kleines Loch 18 im Mittelabschnitt aufweist und horizontal am Flansch 13 festgelegt ist. Der erste elektrische Kontakt 16 ist in das Loch 18 des Trägers 17 so eingesetzt, daß er aus diesem vorsteht. Eine äußere Seitenwand des Flansches verläuft gekrümmt.

Das Gehäuse 20 besitzt an einem Ende eine Öffnung und ein Paßstück 21 für eine Hauptachse einer Werkzeugmaschine oder dergleichen am anderen Ende. Das Gehäuse 20 bildet einen zylindrischen Abschnitt 22, um den Flansch 13 der beweglichen Sonde 10 aufzunehmen. Das Gelenkorgan 23 ist ringförmig ausgebildet und weist im Querschnitt des Rings betrachtet einen sägezahnartigen Vorsprung auf, dessen Spitze auf einem etwas kleineren Durchmesser liegt als der Durchmesser des Flansches 13. Das ringförmige Gelenkorgan 23 ist innerhalb einer inneren Oberfläche des zylindrischen Abschnitts 22 des Gehäuses 20 durch geeignete Mittel festgelegt.

Der Flansch 13 der beweglichen Sonde 10 ist freitragend auf der Ringschneide des ringförmigen Gelenkorgans 23 gelagert und der Taststift 11 steht durch die Öffnung des Gehäuses 20 hindurch.

Das Überbrückungsglied 24 ist an der unteren Oberfläche des Gelenkorgans 23 derart festgelegt, daß das Überbrückungsglied 24 horizontal durch die Öffnungen 19, 19 in der Seitenwand des hohlen Mittelabschnitts 14 des Verbindungsgliedes 15 der beweglichen Sonde 10 hindurchsteht. Der zweite elektrische Kontakt in Gestalt einer Metallschraube ist einstellbar in ein Gewindeloch eingeschraubt, das in der Mitte des Überbrückungsgliedes 24 vorgesehen ist. Der zweite elektrische Kontakt 25 wird in seiner Höhe so eingestellt, daß seine Spitze 25 etwas höher liegt als die Gelenkschneide des ringförmigen Gelenkorgans 23, so daß in unbelasteter Stellung die beiden elektrischen Kontakte 16 und 25 gewöhnlich in Kontaktberührung miteinander stehen.

In der Zeichnung zeigt das Bezugszeichen 26 einen Federteller, der in einer Bohrung des Gehäuses geführt ist. Der Federteller 26 steuert den Meßdruck, mit dem der Taststift 11 belastet ist, und die Einstellung erfolgt mittels einer Schraube 27, die in einer Gewindebohrung des Gehäuses 20 eingeschraubt ist. Ein Dichtungskörper 28 in Gestalt einer Membran ist innerhalb der Öffnung des Gehäuses 20 ausgespannt.

Der erste elektrische Kontakt 16 und der zweite elektrische Kontakt 25 sind jeweils elektrisch mit einer Spannungsquelle verbunden. Die Bezugszeichen 41 und 42 bezeichnen die jeweiligen Zuleitungen. Die Stromzuführungsleitung 41 ist mit dem ersten elektrischen Kontakt 16 verbunden und steht mit der Spannungsquelle in Verbindung und die andere Anschlußleitung 42 ist an eine innere Oberfläche des Gehäuses 20 angeschlossen und hierüber mit der Spannungsquelle verbunden, um den zweiten elektrischen Kontakt 25 an Spannung zu legen.

Die beiden anderen Enden der Zuführungsdrähte 41 und 42 sind jeweils mit dem Detektor 40 für die elektrischen Signale verbunden.

Als Detektor kommt ein kapazitiver Detektor, ein induktiver Detektor, ein photoelektrischer Detektor oder ein anderer Detektor in Frage, über den die Signale abgenommen werden können.

Was die Form des ringförmigen Gelenkorgans 23 anbelangt, so kann hierfür ein im Querschnitt bogenförmig gestalteter Ring anstelle des schneidenförmigen Ringes Anwendung finden oder es können Lagerkugeln in einer Ringnut eines Ringbasiskörpers als Gelenkorgan angeordnet werden.

Die Arbeitsweise des Berührungssensors gemäß der Erfindung wird in Verbindung mit Fig. 2 erläutert. Wenn ein Gegenstand in horizontaler Richtung den Taststift 11 berührt, dann wird die Kraft in Richtung des Pfeiles auf den Taststift übertragen und die bewegliche Sonde bewegt sich und neigt sich und ein Abschnitt der Unterseite des Flansches 13 der beweglichen Sonde 10 drückt auf einen Abschnitt der Schneide des ringförmigen Gelenkorgans und gleichzeitig bewegt sich die Sonde und neigt sich, wie durch den nach oben gerichteten schwarzen Pfeil angedeutet, um die Feder 30 zusammenzudrücken. Darauf hebt sich der erste elektrische Kontakt 16 von dem zweiten elektrischen Kontakt 25 ab und die elektrische Stromleitung über die Kontakte 16 und 25 wird unterbrochen. Die elektrische Leitung und/oder Unterbrechung der elektrischen Kontakte wird durch den Detektor 40 festgelegt. Eine (in der Zeichnung nicht dargestellte) Steuervorrichtung der Werkzeugmaschine wird über den Detektor 40 gespeist.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel des Berührungssensors ist der zweite elektrische Kontakt 25 einstellbar in dem Überbrückungsglied 24 angeordnet. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 wird das Überbrückungsglied 24 von einer flachen Feder 29 getragen. Diese flache Feder 29 ist an der Unterseite des Überbrückungsgliedes 24 angeordnet und der zweite elektrische Kontakt 25 wird einstellbar von der flachen Feder 29 getragen. Daher ist der zweite elektrische Kontakt 25 in der Lage, sich axial begrenzt zu bewegen. Durch die Kraft der flachen Feder 29 wird der zweite elektrische Kontakt 25 auf den ersten elektrischen Kontakt 16 federnd angedrückt.

Bei diesem Aufbau gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel berührt in unbelasteter Stellung die untere Oberfläche des Flansches 13 der beweglichen Sonde 10 die ringförmige Gelenkschneide 23 unter der Kraft der Feder 30. Daher wird der Kontakt zwischen den beiden elektrischen Kontakstücken 16 und 25 sicher aufrechterhalten und der erste elektrische Kontakt 16, d. h. die bewegliche Sonde, ist daran gehindert, sich unter ihrer Vorspannung gegen den zweiten elektrischen Kontakt 25 zu bewegen, und die bewegliche Sonde wird in der gleichen Weise in jede Richtung ausgelenkt.

Wie erwähnt, wird bei dem Berührungssensor nur ein Kontaktpunkt vorgesehen, und daher sind Genauigkeit und Betriebssicherheit des elektrischen Kontaktes sehr groß. Da die Gelenkschneide ringförmig ist, bleibt auch die Genauigkeit bei wiederholter Betätigung der beweglichen Sonde stabil. Demgegenüber führt ein Fehler in der Genauigkeit, verursacht durch wiederholte Betätigung in jeder Meßrichtung, zu einer Verfälschung des Meßergebnisses bei bekannten Berührungssensoren.

Der Tastkopf erweist sich als vorteilhaft, weil der Aufbau des Berührungssensors sehr einfach ist und mit geringen Kosten hergestellt werden kann.

Weitere wichtige Merkmale ergeben sich aus der obigen Beschreibung. Die Größe der Elemente ist nicht beschränkend und die Größe und die Gestalt kann geändert werden, je nach den Erfordernissen des Betriebs, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims (7)

1. Tastkopf mit einem zylindrischen Gehäuse (20), mit einem Taststift (11), der innerhalb des Gehäuses mit einem Ringflansch (13) auf einer Ringschneide (23) allseitig kippbar gelagert und durch eine Feder (30) mittenzentrierbar ist, und mit einer in Achsnähe des Taststiftes angeordneten elektrischen Schalteinrichtung, die auf die Auslenkung des Taststiftes anspricht, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringflansch (13) mit seinem bogenförmig gekrümmten Umfang (12) von der zylindrischen Innenwand (22) des Gehäuses geführt ist und daß zwischen Taststift (11) und Ringflansch (13) ein topfartiges Übergangsstück (15) angeordnet ist, das mit Durchbrüchen (19) versehen ist, die von einer diametral im Gehäuse angeordneten Kontaktbrücke (24) durchsetzt sind, die in der Taststiftachse einen Festkontakt (25) trägt, der mit einem beweglichen Kontakt (16) des Taststiftflansches zusammenwirkt.

2. Tastkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkontakt (25) als axial einstellbare Schraube ausgebildet ist.

3. Tastkopf nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkontakt (25) federnd (29) abgestützt ist.

4. Tastkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Festkontakt (25) von einer Blattfeder (29) getragen wird, die unter dem Überbrückungsglied (24) angeordnet ist.

5. Tastkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringflansch (13) des Taststiftes (11) axial durch eine Schraubenfeder (30) abgestützt ist, deren Kraft größer ist als die Kraft der Feder (29).

6. Tastkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (30) von einem Federteller (26) abgestützt ist, der über eine Schraube (27) axial einstellbar ist.

7. Tastkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Taststift (11) von einer außen im Gehäuse festgelegten Membran (28) getragen und gegenüber dem Gehäuse abgedichtet wird.