DE3831974A1 - Tastkopf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Tastkopf für Meßeinrichtungen, Meßmaschinen und Werkzeugmaschinen nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Solche eingangs genannten Tastköpfe sind an sich allgemein bekannt und werden in unterschiedlichen Bauarten und Bau­ größen in Meßmaschinen und auch in Werkzeugmaschinen einge­ setzt. Bei diesen Tastköpfen wird im Regelfall eine nur ge­ ringe Antastkraft des Taststiftes angestrebt, um dadurch be­ reits bei geringstem Antastweg ein Positionssignal zu erhal­ ten und gleichzeitig das Abbremsen des Tastkopfes in bezug auf das Meßobjekt einzuleiten. Ein weiterer Vorteil der ge­ ringen Antastkräfte wird darin gesehen, daß nur geringe me­ chanische Kräfte auf den Tastkopf einwirken und mögliche Be­ schädigungen sowohl des Tastkopfes als auch des Meßobjektes vermieden werden.

Den an sich wünschenswerten und geforderten geringen Antast­ kräften von Tastköpfen mit auslenkbaren Taststiften haftet allerdings der Nachteil von sogenannten Luftantastungen an. Dies besagt, daß eine hohe Beschleunigung des Tastkopfes auf einer Bewegungsbahn oder auch Umgebungseinflüsse zu Fehlmes­ sungen führen können, wenn diese den mit geringer Antast­ kraft versehenen Taststift zum Auslenken bringen, ohne daß eine Antastung an ein Meßobjekt erfolgte.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Tastkopf der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchem bei geringem technischen Aufwand Fehlmessungen durch Luftantastungen ver­ mieden werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei Antastung des Taststiftes an ein Meßobjekt ein erster Antast­ kontakt ein Antastsignal auslöst, durch das in allen Bewe­ gungsachsen des Tastkopfes der momentane Istwert als Antast­ position gespeichert und der Bremsvorgang für den Tastkopf eingeleitet wird, und daß nur innerhalb des Antastweges ein zweiter, zeit- und/oder wegeabhängiger Antastkontakt ein Quittungssignal für die Antastposition und das automatische Freifahren des Tastkopfes nach beendetem Bremsweg auslöst, während ein Fehlen des zeit- und/oder wegeabhängigen Quit­ tungssignals den eingeleiteten Bremsvorgang aufhebt und den als Antastposition gespeicherten Istwert überschreibt.

Dabei wird der zweite, zeit- und/oder wegeabhängige Antast­ kontakt nur ausgelöst, wenn gleichzeitig der erste Antast­ kontakt erhalten bleibt.

Durch diese einfachen Maßnahmen werden Fehlmessungen auf­ grund von Luftantastungen wirkungsvoll vermieden. Wenn der Tastkopf wegen eines vermeintlichen Antastens des Taststif­ tes an ein Meßobjekt über ein Antastsignal eine Antastposi­ tion augenblicklich festhält und gleichzeitig die sofortige Bremsung des Tastkopfes bzw. des Bewegungsschlittens oder der ganzen Maschineneinrichtung einleitet, so werden diese automatisch gesteuerten Maßnahmen nur dann aufrechterhalten und zu Ende geführt, wenn innerhalb einer vorgegebenen Zeit und/oder eines vorgegebenen Weges vom ersten Antasten ein Quittungssignal ausgesendet wird. Dieses Quittungssignal kann immer nur innerhalb eines Antastweges erfolgen, wenn nach dem ersten Antastsignal ein zweiter mechanischer An­ tastkontakt wirksam bestätigt wird.

Diese Merkmale gelten sowohl für den Maschinenbetrieb als auch für das von Hand-Verfahren des Tastkopfes.

Die Lösungsmerkmale bewirken jeweils ein eindeutiges Verhal­ ten des Tastkopfes beim Antasten innerhalb und außerhalb ei­ nes Antastweges.

Innerhalb des eingeleiteten Antastweges wird beim Schließen des ersten Antastkontaktes während des Positionierens oder des Handfahrens der momentane Istwert aller Achsen des Tast­ kopfes als Antastposition gespeichert. Das Quittungssignal wird gesendet. Nun kann die erste Tastposition abgefragt wer­ den. Gleichzeitig werden alle Achsen über die Bremsrampe ge­ stoppt, und es wird ein automatisches Freifahren des Tast­ kopfes eingeleitet. Dieses Freifahren erfolgt gemäß weiterer Erfindungsmerkmale in umgekehrter Bahnrichtung solange, bis der Freifahrweg, bezogen auf die erste Antastposition, zurück­ gelegt ist. Wenn dann immer noch der erste Antastkontakt be­ stätigt wird, so würde hier eine Fehlermeldung kommen. Eine Fehlermeldung würde andererseits auch dann gesendet werden, wenn das eingegebene Positionierziel ohne eine Antastung er­ reicht wurde.

Das Freifahren geschieht jeweils mit der als Maschinenkon­ stante eingegebenen Antastgeschwindigkeit.

Außerhalb des Antastweges wird beim Schließen des ersten An­ tastkontaktes ebenfalls der momentane Istwert aller Achsen des Tastkopfes ab der Antastposition gespeichert und gleich­ zeitig das Stoppen aller Achsen über die Bremsrampe einge­ leitet. Da aber außerhalb des eigentlichen Antastweges der erste Antastkontakt wieder frei wird, bevor das Quittungs­ signal des zweiten, zeit- und/oder wegeabhängigen Tastsig­ nals erfolgt (sogenannte Luftantastung), so werden der Bremsvorgang aufgeschoben, der Tastkopf wieder beschleunigt und die zuvor gespeicherte Antastposition überschrieben.

Dieser Vorgang kann sich wiederholen, ohne daß es zu Fehl­ messungen kommt. Erst bei Erreichen der Geschwindigkeit Null werden ein Freifahren des Tastkopfes wie oben beschrie­ ben durchgeführt und dazu auch ein Quittungssignal gesendet.

lrgendwelche Fahrbefehle für den Tastkopf während eines ge­ schlossenen bzw. wirksamen Antastkontaktes werden nicht aus­ geführt. In diesem Falle erfolgt jeweils eine Fehlermeldung.

Weitere vorteilhafte Lösungsmerkmale finden sich in den Un­ teransprüchen 2 bis 10 und der nachfolgenden Zeichnungsbe­ schreibung anhand eines Ausführungsbeispiels.

In diesem Ausführungsbeispiel sind nur die wesentlichen Bau­ merkmale, dazu meist schematisch, dargestellt.

Der Tastkopf 1 einer nicht näher gezeigten Meßeinrichtung, einer Meßmaschine oder einer Werkzeugmaschine besitzt ein topfförmiges Gehäuse 2, welches durch einen Deckel 3 ver­ schlossen ist. Auf dem Deckel 3 ist zentral eine Pinole 4 als Aufnahmevorrichtung in einer Meß- oder Bearbeitungsma­ schine angeordnet.

Auf dem Boden 5 des Gehäuses 2 steht die Taststiftauslenk­ einheit 6 auf, die beispielsweise durch Schrauben 7 ortsfest eingesetzt ist. Die Taststiftauslenkeinheit 6 ist von her­ kömmlicher Bauart mit geringer Antastkraft für den Taststift 8. In dem Ausführungsbeispiel ist eine dynamisch wirksame Auslenkeinheit gewählt worden, die aus einem Federpaket ge­ mäß der älteren deutschen Patentanmeldung P 38 11 235.3 be­ steht und Kontaktkugeln 9 aufweist, die mit Kontaktstiften 10 in Berührung stehen. Die Kontaktkugeln 9 mit den Kontakt­ stiften 10, die in drei- oder vierfacher Anordnung auf einem gemeinsamen Kreisring angeordnet sind, bilden den ersten An­ tastkontakt 11.

Anstelle dieses mechanischen Federpaketes könnte ebenso auch ein Piezokontakt eingebaut sein, der eine besonders geringe Antastkraft benötigt und bereits bei leichtem Druck reagiert und ein Signal aussendet. Dabei besteht ein solcher Piezo­ kontakt regelmäßig aus einer Piezofolie oder Piezoschicht, die zwischen zwei feste Scheiben eingespannt ist.

Die Kontaktkugeln 9 und die Kontaktstifte 10 sind über Lei­ tungen 12, 13 mit einem Signalempfänger 14 für das Antast­ signal verbunden.

Auf dem Federpaket 6 ruht eine Scheibe 15, die unter der Wirkung einer Druckfeder 16 steht. Diese Scheibe 15 ist fer­ ner sowohl mit dem Federpaket 6 als auch zentral mit einer Taststiftaufnahme 17 verbunden. Entsprechend der Pfeiledar­ stellung X, Y, Z ist der Taststift 8 in drei Koordinaten auslenkbar.

Auf der Oberseite der Scheibe 15 ist ein Kontaktring 18 fest angeordnet, der über eine Leitung 19 mit dem Signalempfänger 20 für das Quittungssignal verbunden ist. Im Abstand von et­ wa 0,1 mm über dem unteren Kontaktring 18 befindet sich ein oberer Kontaktring 21, der an einer Ringscheibe 22 befestigt ist.

Der untere Kontaktring 18 bildet zusammen mit dem oberen Kontaktring 21 den zweiten, zeit- und/oder wegeabhängigen Antastkontakt 23.

Die Ringscheibe 22 ruht auf einem wahlweise axial verstell­ baren Anschlagring 24 und steht unter der Wirkung einer Druckfeder 25, die sich ebenso wie die Druckfeder 16 am Dec­ kel 3 des Gehäuses 2 abstützt. Die axiale Verschiebung des Anschlagringes 24 kann beispielsweise durch eine Gewindebe­ festigung ermöglicht werden.

Der obere Kontaktring 21 ist über die Leitung 26 ebenfalls mit dem Signalempfänger 20 für das Quittungssignal verbun­ den. Die Signalempfänger 14 und 20 stehen über weitere Lei­ tungen 27, 28 mit der Maschinensteuerung 29 in Verbindung, von der eine Verbindung 30 zum Antrieb und zur Bremseinrich­ tung 31 sowie eine weitere Verbindung 32 zu einer Meßwert­ auswerteeinheit 33 besteht. Letztere kann auch direkt mit den Signalempfängern 14 und 20 verbunden sein.

Diese beschriebene Anordnung eines Überlauf-Kontaktes im Tastkopfgehäuse 2 ist wie folgt wirksam:

Beim Antasten des Taststiftes 8 mit der Tastkugel 35 an ein Meßobjekt 34 innerhalb des durch die Maschinensteuerung 29 eingeleiteten Antastweges erfolgt im Berührungszeitpunkt ein Öffnen eines Antastkontaktes 11 durch Abheben der Kontaktku­ gel 9 von einem Kontaktstift 10 im Federpaket (Auslenkein­ heit 6). Der Antastkontakt wird über die Leitungen 12 und 13 dem Signalempfänger 14 mitgeteilt. Durch die Maschinensteue­ rung 29 wird sofort der Bremsvorgang für den Tastkopf 1 ein­ geleitet, und in der Meßwertauswerteeinheit 33 wird die An­ tastposition gespeichert. Wenn es sich um die geschilderte Antastung an ein Meßobjekt 34 handelt, so wird innerhalb ei­ ner vorgegebenen Zeit von etwa 0,1 Sekunde oder/und einem Überlaufweg des Taststiftes 8 von etwa 2° der zweite Antast­ kontakt 23 geschlossen, was im Signalempfänger 20 zu einem Quittungssignal für die Meßmaschinensteuerung 29 und die Meßwertauswerteeinheit 33 führt. Die Antastposition wird festgehalten, die Tastkopf- bzw. Maschinengeschwindigkeit wird auf den Wert Null abgebremst, und es wird in umgekehr­ ter Bahnrichtung das Freifahren des Tastkopfes 1 vollzogen.

Wäre von dem mit geringer Tastkraft versehenen Tastkopf 1 über den Antastkontakt 11 ein Signal erzeugt worden, ohne daß die Tastkugel 35 an ein Meßobjekt 34 antastet, so wäre innerhalb der vorgegebenen Zeit bzw. dem vorgegebenen Weg ein Quittungssignal nicht möglich gewesen. Die in diesem Fall eingeleitete Bremsung des Tastkopfes 1 wäre nach Zeit-/ Wegablauf sofort aufgehoben und in eine erneute Beschleuni­ gung des Tastkopfes 1 umgekehrt worden. Ferner wird die be­ reits gespeicherte Antastposition in der Meßwertauswerteein­ heit 33 überschrieben.

Ein mit den erfinderischen Merkmalen ausgestatteter Tastkopf 1 vermeidet in zuverlässiger Weise und mit nur geringem tech­ nischen Aufwand Fehlmessungen infolge von Luftantastung bei Einsatz eines Tastkopfes 1 mit geringen Antastkräften.

Claims (10)

1. Tastkopf für Meßeinrichtungen, Meßmaschinen und Werkzeug­ maschinen, der mit einem auslenkbaren Taststift mit ge­ ringer Antastkraft ausgerüstet ist und mit einer Maschi­ nensteuerung und wahlweise einer Meßwertauswerteeinheit in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet,
daß bei Antastung des Taststiftes (8) an ein Meßobjekt (34) ein erster Antastkontakt (11) ein Antastsignal aus­ löst, durch das in allen Bewegungsachsen (X, Y, Z) der momentane Istwert als Antastposition gespeichert und der Bremsvorgang für den Tastkopf (1) eingeleitet wird, und
daß nur innerhalb des Antastweges ein zweiter, zeit- und/ oder wegeabhängiger Antastkontakt (23) ein Quittungssig­ nal für die Antastposition und das automatische Freifah­ ren des Tastkopfes (1) nach beendetem Bremsweg auslöst, während ein Fehlen des zeit- und/oder wegeabhängigen Quittungssignals den eingeleiteten Bremsvorgang aufhebt und den als Antastposition erreichten Istwert über­ schreibt.

2. Tastkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Freifahrweg dem Bremsweg bis zur Geschwindigkeit Null des Tastkopfes (1) entspricht und in umgekehrter Bahnrichtung zum Bremsweg erfolgt.

3. Tastkopf nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Freifahren mit der als Maschinenkonstante einge­ gebenen Antastgeschwindigkeit erfolgt.

4. Tastkopf nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Taststift (8) mit einem Überlauf von etwa bis zu 12° ausgebildet ist, wobei über der Auslenkeinheit (6) des Taststiftes (8) ein Kontaktring (18, 21) so angeord­ net ist, daß bei einer Auslenkung von etwa bis zu 2° der Kontaktring (18, 21) das Quittungssignal auslöst.

5. Tastkopf nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite, zeit- und/oder wegeabhängige Antastkon­ takt (23) das Quittungssignal nur auslöst, wenn gleich­ zeitig der erste Antastkontakt des Taststiftes (8) bzw. des Tastkopfes (1) erhalten bleibt.

6. Tastkopf nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Quittungssignal innerhalb des Antastweges in etwa 0,1 Sekunden ausgelöst wird.

7. Tastkopf nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß als zeit- und/oder wegeabhängiger Antastkontakt im Tastkopfgehäuse (2) oberhalb der Taststiftauslenkeinheit (6, 15) ein unter der Wirkung einer Feder (25) stehender Kontaktring (21, 22) auf einem mit dem Gehäuse (2) verbun­ denen Anschlagring (24) angeordnet ist, dessen Kontaktflä­ che (21) im Abstand zu einer auf der Auslenkeinheit (6, 15) vorgesehenen Gegenkontaktfläche (18) vorgesehen ist.

8. Tastkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlagring (24) höhenverstellbar mit dem Gehäu­ se (2) verbunden ist.

9. Tastkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfläche (21) des oberen Kontaktringes (22) zur Gegenkontaktfläche (18) im Abstand von etwa 0,1 mm angeordnet ist.

10. Tastkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfläche (21) und die Gegenkontaktfläche (18) durch elektrische Leitungen (19, 26) mit der Maschi­ nensteuerung (29) und wahlweise der Meßwertauswerteein­ heit (33) verbunden sind.