DE60306130T2

DE60306130T2 - Kinematische kupplung mit dämpfer

Info

Publication number: DE60306130T2
Application number: DE60306130T
Authority: DE
Inventors: Peter Stroud HAJDUKIEWICZ; David Roberts Dursley MCMURTRY
Original assignee: Renishaw PLC
Current assignee: Renishaw PLC
Priority date: 2002-04-05
Filing date: 2003-04-04
Publication date: 2006-11-30
Anticipated expiration: 2023-04-05
Also published as: EP1495282B1; CN100381776C; WO2003087708A1; JP2005522655A; CN1646877A; AU2003227857A1; GB0207912D0; JP4970707B2; DE60306130D1; ATE330206T1; US20050150125A1; EP1495282A1; US7055258B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Dämpfung kinematisch gekoppelter Teile einer Oberflächenerfassungsvorrichtung (siehe z. B. EP-0 426 492-A). Insbesondere ist die Erfindung geeignet, kinematisch gekoppelte Teile eines Berührungstasters zu dämpfen.
Unser früheres europäisches Patent 0501710 offenbart einen Taster, der ein Erfassungsmodul und ein Tastereinsatz- oder Fühlermodul, die durch magnetische Mittel zusammengehalten werden und deren relative Positionen durch kinematische Elemente definiert sind, umfasst. Das Fühlermodul hält einen Werkstückkontaktherstellungsfühler, der bei Kontakt mit einem Werkstück ausgelenkt wird. Das Erfassungsmodul umfasst eine feste Struktur, die mit dem beweglichen Arm einer Koordinatenpositionierungsmaschine verbunden sein kann und Messwandler enthält, die die Auslenkung des Fühlers erfassen. Der modulare Aufbau des Tasters ermöglicht, dass die Fühlermodule ausgetauscht werden können, so dass verschiedene Fühlertypen, beispielsweise mit unterschiedlichen Fühlerlängen, verwendet werden können.
Dieser Taster hat den Nachteil, dass bei Verwendung sehr großer Fühler die Magnetkraft, die erforderlich ist, um das Fühlermodul an dem Erfassungsmodul zu halten, ebenfalls groß ist. Die große Magnetkraft hat die Wirkung, dass sie einen Stoß verursacht, wenn die zwei Module miteinander verbunden sind, wodurch die elektronischen Wandler in dem Erfassungsmodul beschädigt werden können, so dass sie unzuverlässig werden können.
Ferner kann der Stoß einen Verschleiß und eine Beschädigung der kinematischen Elemente der Module hervorrufen, was die Metrologie des Systems beeinflussen würde.
Die vorliegende Erfindung, die in Anspruch 1 definiert ist, schafft eine Vorrichtung mit einem ersten Organ, wobei das erste Organ zur lösbaren Verbindung mit einem zweiten Organ angeordnet ist;
wobei das erste Organ mit einem Satz von Elementen versehen ist, um mit einem entsprechenden Satz von Elementen an dem zweiten Organ zusammenzuwirken und damit die Anordnung des ersten Organs bezüglich des zweiten Organs zu definieren, wenn das erste Organ und das zweite Organ in Kontakt miteinander gebracht sind;
wobei an dem ersten Organ ein Dämpfer vorgesehen ist, so dass eine relative Bewegung zwischen dem ersten Organ und dem zweiten Organ gedämpft wird, wenn sie miteinander in Kontakt gebracht werden.
Der Dämpfer verringert den Stoss, wenn die zwei Organe miteinander verbunden sind.
Vorzugsweise werden das erste Organ und das zweite Organ durch magnetische Mittel lösbar aneinander gehalten.
Vorzugsweise umfasst der Dämpfer ein Gehäuse, in dem ein Kolben angeordnet ist, wobei der Kolben so vorgespannt ist, dass er von dem Gehäuse vorragt und wobei das Gehäuse mit einer viskosen Substanz gefüllt ist.
Der Dämpfer kann auch wenigstens ein Führungsmittel umfassen, das eine Führung des ersten Organs und des zweiten Organs zueinander unterstützt. Das zumindest eine Führungsmittel kann zumindest einen Führungsstift umfassen, der an dem Dämpfer befestigt ist, wobei der zumin dest eine Führungsstift von zumindest einer entsprechenden Ausnehmung an dem zweiten Organ aufgenommen ist. Die Anordnung des zumindest einen Führungsstifts und der zumindest einen entsprechenden Ausnehmung ist derart, dass der zumindest eine Führungsstift und die Ausnehmung sich nicht mit der Position des ersten Organs relativ zu dem zweiten Organ überlagern, wie durch die zusammenwirkenden Elemente definiert ist.
Vorzugsweise beschränken das erste und das zweite Element kinematisch die Position des ersten Organs in Bezug auf das zweite Organ. Wenn das erste Organ und das zweite Organ miteinander verbunden sind, ist die Position des ersten Organs relativ zu dem zweiten Organ ausschließlich durch die zusammenwirkenden Elemente definiert.
Das erste Organ kann ein Haltemodul oder ein Funktionsmodul eines modularen Oberflächenerfassungstasters sein und das zweite Organ kann das jeweils andere des Haltemoduls und des Funktionsmoduls des modularen Oberflächenerfassungstasters sein.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung schafft eine Vorrichtung mit einem ersten Organ, wobei das erste Organ zur lösbaren Verbindung mit einem zweiten Organ angeordnet ist, in Kombination mit dem zweiten Organ, wobei die Vorrichtung umfasst:
ein erstes Organ, das mit einem Satz von Elementen versehen ist, um mit einem entsprechenden Satz von Elementen an dem zweiten Organ zusammenzuwirken und damit die Anordnung des ersten Organs bezüglich des zweiten Organs zu definieren, wenn das erste Organ und das zweite Organ in Kontakt miteinander gebracht sind;
einen Dämpfer an dem ersten Organ, derart, dass die relative Bewegung zwischen dem ersten Organ und dem zweiten Organ gedämpft wird, wenn sie miteinander in Kontakt gebracht werden;
wobei das zweite Organ ebenfalls mit einem Dämpfer versehen ist, derart, dass die relative Bewegung zwischen dem ersten Organ und dem zweiten Organ gedämpft wird, wenn sie miteinander in Kontakt gebracht werden.
Das Haltemodul und das Funktionsmodul können einen Tastkopf wie etwa einen angelenkten Tastkopf, der eine Drehung um wenigstens eine Achse zulässt, bzw. einen Taster umfassen. Das Haltemodul und das Funktionsmodul können ein Erfassungsmodul und ein Tastereinsatz- oder Fühlermodul eines Tasters umfassen.
Der Dämpfer kann ein Dämpfergehäuse in dem Organ und einen Dämpferkolben, der sich in dem Dämpfergehäuse befindet und so vorgespannt ist, dass er von dem Gehäuse vorragt, umfassen. Das Dämpfergehäuse kann mit einer viskosen Substanz gefüllt sein, die einer Bewegung des Dämpferkolbens in dem Dämpfergehäuse entgegenwirkt.
Der Ausdruck "kinematisch" sowohl in adjektivischer als auch in adverbialer Form und ähnliche Ausdrücke, die in dieser Beschreibung verwendet werden, umfassen nicht nur kinematische Träger, in denen Punktkontakte zwischen den entsprechenden Paaren von Elementen an den Organen/Modulen vorgesehen sind, sondern auch halb- oder quasikinematische Träger, in denen kleine Kontaktlinienbereiche zwischen den jeweiligen Elementen vorhanden sind.
Nun werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft und mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, worin:
1 eine vereinfachte Innenansicht des Tasters zeigt;
2 einen Querschnitt eines Teils des Erfassungsmoduls und des Fühlermoduls zeigt;
3 die Platte des Fühlermoduls zeigt;
4 die Platte des Erfassungsmoduls zeigt;
5 den Querschnitt eines Teils des Erfassungsmoduls und des Fühlermoduls einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
6 die Platte des Fühlermoduls der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
7 die Platte des Erfassungsmoduls der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
8 den Dämpfer der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
1 zeigt eine vereinfachte Ansicht eines analogen Tasters 10 der Erfindung, der in seiner Anbringung an dem beweglichen Arm 8 einer Koordinatenmessmaschine (CMM) gezeigt ist und ein Erfassungsmodul 12 sowie ein Fühlermodul 14 umfasst. Das Fühlermodul 14 besitzt einen Werkstückkontaktherstellungsfühler 16, während das Erfassungsmodul 12 elektronische Wandler (nicht gezeigt) besitzt, die die Auslenkung des Fühlers 16 messen. Das Fühlermodul 14 kann von dem Erfassungsmodul 12 abgenommen werden und entfernt und gegen andere Fühlermodule ausgetauscht werden, beispielsweise kann es gegen ein Fühlermodul mit ei nem längeren Fühler ausgetauscht werden. Das Fühlermodul 14 ist mit einer Platte 18 versehen, die mit einer Anbringungsplatte 20 des Erfassungsmoduls 12 verbunden werden kann. Die Platte 18 und die Anbringungsplatte 20 werden magnetisch zusammengehalten und sind jeweils mit kinematischen Elementen 22, 24 versehen, um die Position des Fühlermoduls 14 in Bezug auf die Anbringungsplatte 20 des Erfassungsmoduls 12 zu definieren und um die Anordnung des Fühlermoduls 14 wiederholbar sicherzustellen.
Die 2–4 veranschaulichen das Fühlermodul 14 und einen Teil des Erfassungsmoduls 12 des Tasters genauer. Das Erfassungsmodul 12 besitzt eine Anbringungsplatte 20, mit der eine Platte 18 des Fühlermoduls 14 verbunden ist. Die Module 12, 14 besitzen zusammenwirkende kinematische Elemente 22, 24, die die Position der Platte 18 des Fühlermoduls 14 an der Anbringungsplatte 20 des Erfassungsmoduls 12 definieren. Die kinematischen Elemente 22, 24 können einen Satz von drei Kugeln 22A umfassen, die um 120° um das Zentrum der Platte 18 beabstandet sind und mit einem ähnlich beabstandeten Satz von drei Paaren radialer paralleler Rollen 24A an der Anbringungsplatte 20 zusammenwirken, wie in den 3 und 4 gezeigt ist. Alternative Sätze von Elementen können verwendet werden, um die Position des Fühlermoduls 14 in Bezug auf die Anbringungsplatte 20 zu definieren. Beispielsweise können die Paare paralleler Rollen durch Paare von Kugeln auf einer Platte, die mit den einzelnen Kugeln auf der anderen Platte zusammenwirken, ersetzt sein.
Die Platte 18 und die Anbringungsplatte 20 werden durch einen starken Magneten zusammengehalten. 2 zeigt einen Magneten 26, der an dem Erfassungsmodul 12 vorgesehen ist, und eine Halteplatte 28, die an dem Fühlermodul 14 vorgesehen ist.
Zwischen dem Erfassungsmodul 12 und dem Fühlermodul 14 ist ein Dämpfer vorgesehen, der den Stoß dämpft, wenn die zwei Module zusammengebracht werden.
Der Dämpfer kann in einem oder in beiden Modulen vorhanden sein.
2 zeigt einen Dämpfer, der sich in dem Haltemodul befindet. Der Dämpfer umfasst einen Dämpferkolben 30, der in ein Dämpfergehäuse 32 hinter der Anbringungsplatte 20 des Erfassungsmoduls 12 eingeschoben ist. Mit dem Dämpferkolben 30 sind drei Führungsstifte 34 verbunden und ragen durch drei Öffnungen 36 in der Anbringungsplatte 20 vor. Die Führungsstifte 34 und die Öffnungen 36 sind um 120° um das Zentrum der Anbringungsplatte 20 beabstandet.
In dem Dämpfergehäuse 32 ist eine viskose Substanz 33 wie etwa Fett, Öl oder Luft vorgesehen, um der Bewegung des Dämpferkolbens 30 einen Widerstand entgegenzusetzen. Der Dämpferkolben 30 ist von dem Dämpfergehäuse 32 durch Federn 38 zwischen dem Dämpfergehäuse 32 und dem Dämpferkolben 30 vorgespannt. Das Fühlermodul 14 ist mit drei Ausnehmungen 40 versehen, die die Führungsstifte 34 aufnehmen. Wenn das Fühlermodul 14 mit dem Erfassungsmodul 12 in Kontakt gebracht wird, werden die Führungsstifte 34 in ihre entsprechende Ausnehmung 40 in dem Fühlermodul 14 eingeschoben. Die Führungsstifte 34 werden durch das Fühlermodul 14 zurückgeschoben, so dass sie ihrerseits den Dämpferkolben 30 in das Dämpfergehäuse 32 schieben, was aufgrund der viskosen Dämpfungswirkung des Fettes einen Widerstand hervorruft.
Die Führungsstifte 34 besitzen den zusätzlichen Vorteil, dass sie dann, wenn das Fühlermodul 14 nicht korrekt auf das Erfassungsmodul 12 ausgerichtet ist, da es beispielsweise geneigt sein könnte, die korrekte Ausrichtung des Fühlermoduls 14 unterstützen, so dass die kinematischen Elemente 20, 24 miteinander verbunden werden.
Die Führungsstifte unterstützen die anfängliche Ausrichtung der zwei Module. Sobald jedoch die Module verbunden sind, ist es wichtig, dass die Führungsstifte die Position des Fühlermoduls wie durch die kinematischen Elemente definiert nicht beeinflussen. Die Führungsstifte und entsprechende Ausnehmungen sind daher lose zusammengefügt, so dass sie die seitliche Position des Fühlermoduls in Bezug auf das Erfassungsmodul nicht beschränken.
In einer zweiten Ausführungsform, die in den 5–7 veranschaulicht ist, ist der Dämpfer in dem Fühlermodul vorgesehen. Gleiche Merkmale wie in der vorhergehenden Ausführungsform verwenden die gleichen Bezugszeichen. Die Halteplatte 28 in der Fühlermodulplatte 14 besitzt eine Ausnehmung, die das Dämpfergehäuse 32 aufnimmt, während sich der Dämpferkolben 30 in diesem Gehäuse befindet. Wie vorher ist der Dämpferkolben 30 durch eine Feder 38 zwischen dem Gehäuse 32 und dem Dämpferkolben 30 so vorgespannt, dass er von dem Gehäuse 32 vorragt. In dem Dämpfergehäuse 32 ist eine viskose Substanz wie etwa Fett, Öl oder Luft vorgesehen. Wenn daher das Fühlermodul 14 in Kontakt mit dem Erfassungsmodul 12 gebracht wird, wird der Dämpferkolben 30 durch die Anbringungsplatte 20 des Erfassungsmoduls 12 entgegen der viskosen Substanz in das Gehäuse 32 geschoben, wodurch der Stoss verringert wird und die Integrität der gewandelten Signale aufrechterhalten wird.
8 zeigt den Dämpfer in der zweiten Ausführungsform genauer. Das Dämpfergehäuse 32 kann um sein offenes Ende eine Lippe 42 aufweisen, während der Kolben mit Ansätzen 44 versehen sein kann, um ihn in dem Dämpfergehäuse 32 zu halten.
Wie oben beschrieben, definieren die zusammenwirkenden kinematischen Elemente die Position des Fühlermoduls am Erfassungsmodul. Es ist wichtig, dass der Dämpfer nicht mit dieser Positionierung des Fühlermoduls überlagert, so dass die Position des Fühlermoduls in Bezug auf das Erfassungsmodul lediglich durch die kinematischen Elemente definiert ist. Der Dämpfer muss daher einer Bewegung senkrecht zu den angrenzenden Oberflächen der Module einen Widerstand bieten, ohne jedoch eine Bewegung parallel zu den Oberflächen zu beschränken.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen wird ein viskoser Dämpfer verwendet. Die Reibung zwischen dem Dämpferkolben und der Oberfläche, an der er anliegt, ist in Abhängigkeit von der auf den Dämpferkolben ausgeübten Kraft unterschiedlich. Wenn auf den Kolben eine hohe Kraft ausgeübt wird, ergibt sich eine hohe Reibung, wenn hingegen auf den Kolben eine niedrige Kraft ausgeübt wird, ergibt sich eine niedrige Reibung. Wenn die Module in Kontakt gebracht werden, wird auf den Kolben eine hohe Kraft ausgeübt, weshalb zwischen dem Kolben und der Anschlagoberfläche des anderen Moduls eine hohe Reibung vorhanden ist. Sobald sich jedoch die Module in ihrer Kontaktposition befinden, ist die Kraft auf den Kolben niedrig, was eine geringe Reibung zwischen dem Kolben und der Anschlagoberfläche zur Folge hat. Daher beschränkt der Kolben die seitliche Bewegung des Fühlermoduls nicht, sobald die Module verbunden sind. Dies hat die erwünschte Folge, dass die Position des Fühlermoduls an dem Erfassungsmodul ausschließlich durch die kinematischen Elemente definiert ist.
Zwischen den zwei Modulen können andere Typen von Dämpfern verwendet werden, beispielsweise herkömmliche Öl- oder Luftdämpfer.
Die Erfindung ist nicht auf die Dämpfung zwischen dem Erfassungsmodul und dem Fühlermodul, die kinematisch gekoppelt sind, eingeschränkt. Die Dämpfung kann an irgendwelchen kinematisch gekoppelten Oberflächen vorgesehen sein, um den Stoß zu begrenzen, wenn sie zusammengebracht werden, um einen Verschleiß und eine Beschädigung an den kinematischen Elementen zu verhindern und um gegebenenfalls die Integrität der Wandlerauslenkungen aufrecht zu erhalten.

Claims

Modulare Oberflächenerfassungsvorrichtung mit einem ersten Organ (18, 20), wobei das erste Organ zur lösbaren Verbindung mit einem zweiten Organ (18, 20) angeordnet ist; wobei das erste Organ (18, 20) mit einem Satz von Elementen (22, 24) versehen ist, um mit einem entsprechenden Satz von Elementen (22, 24) an dem zweiten Organ zusammenzuwirken und damit die Anordnung des ersten Organs (18, 20) bezüglich des zweiten Organs (18, 20) zu definieren, wenn das erste Organ und das zweite Organ in Kontakt miteinander gebracht sind; dadurch gekennzeichnet, dass ein Dämpfer (30, 32) an dem ersten Organ (18, 20) vorgesehen ist, so dass eine relative Bewegung zwischen dem ersten Organ und dem zweiten Organ gedämpft wird, wenn sie miteinander in Kontakt gebracht werden.
Modulare Oberflächenerfassungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Organ und das zweite Organ durch magnetische Mittel (26, 28) lösbar aneinander gehalten werden.
Modulare Oberflächenerfassungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Dämpfer ein Gehäuse (32) umfasst, in dem ein Kolben (30) angeordnet ist, wobei der Kolben so vorgespannt ist, dass er von dem Gehäuse vorragt, und wobei das Gehäuse mit einer viskosen Substanz (33) gefüllt ist.
Modulare Oberflächenerfassungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Dämpfer zumindest ein Führungsmittel (34, 36) umfasst, das eine Führung des ersten Organs (18, 20) und des zweiten Organs (18, 20) zueinander unterstützt.
Modulare Oberflächenerfassungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei das zumindest eine Führungsmittel (34, 36) zumindest einen Führungsstift (34) umfasst, der an dem Dämpfer befestigt ist, wobei der zumindest eine Führungsstift von zumindest einer entsprechenden Aufnehmung (36) an dem zweiten Organ aufgenommen ist.
Modulare Oberflächenerfassungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Anordnung des zumindest einen Führungsstiftes (34) und zumindest einer entsprechenden Ausnehmung (36) so ist, dass der zumindest eine Führungsstift und die Ausnehmung sich nicht mit der Position des ersten Organs (18, 20) relativ zu dem zweiten Organ (18, 20) überlagern, wie durch die zusammenwirkenden Elemente (22, 24) definiert ist.
Modulare Oberflächenerfassungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste und das zweite Element (22, 24) die Position des ersten Organs bezüglich des zweiten Organs kinematisch definieren.
Modulare Oberflächenerfassungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei, wenn das erste Organ und das zweite Organ miteinander verbunden sind, die Position des ersten Organs relativ zu dem zwei ten Organ ausschließlich durch die zusammenwirkenden Elemente (22, 24) definiert ist.
Modulare Oberflächenerfassungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Organ ein Haltemodul eines modularen Oberflächenerfassungstastersystems ist und das zweite Organ ein Funktionsmodul des modularen Oberflächenerfassungstastersystems ist.
Modulare Oberflächenerfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das zweite Organ ein Haltemodul eines modularen Oberflächenerfassungstastersystems ist und das erste Organ ein Funktionsmodul des modularen Oberflächenerfassungstastersystems ist.
Modulare Oberflächenerfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei das Haltemodul und das Funktionsmodul einen Tastkopf bzw. einen Taster umfassen.
Modulare Oberflächenerfassungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Tastkopf einen Gelenktastkopf umfasst, der eine Rotation um zumindest eine Achse zulässt.
Modulare Oberflächenerfassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei das Haltemodul und das Funktionsmodul ein Erfassungsmodul und ein Tastereinsatzmodul eines Tasters umfassen.
Modulare Oberflächenerfassungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Kombination mit dem zweiten Organ; wobei das zweite Organ auch mit einem Dämpfer versehen ist, so dass eine relative Bewegung zwischen dem ersten Organ und dem zweiten Organ gedämpft wird, wenn sie miteinander in Kontakt gebracht werden.