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EP0566600A1 - Multi-co-ordinate contact measuring device - Google Patents

Multi-co-ordinate contact measuring device

Info

Publication number
EP0566600A1
EP0566600A1 EP92901803A EP92901803A EP0566600A1 EP 0566600 A1 EP0566600 A1 EP 0566600A1 EP 92901803 A EP92901803 A EP 92901803A EP 92901803 A EP92901803 A EP 92901803A EP 0566600 A1 EP0566600 A1 EP 0566600A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pivot point
coordinate axis
probe
main coordinate
housing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP92901803A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Franz Haimer
Josef Gail
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP0566600A1 publication Critical patent/EP0566600A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/004—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points
    • G01B5/008—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points using coordinate measuring machines
    • G01B5/012—Contact-making feeler heads therefor

Definitions

  • the invention relates to a multi-coordinate probe measuring device, comprising a housing, a probe arm that can be displaced in the direction of a main coordinate axis relative to the housing and that can be pivoted on all sides by a first universal joint about a first pivot point on the main coordinate axis and is resiliently biased into a rest position , the probe tip of which lies in the rest position on the main coordinate axis, a coupling piece which is guided in the housing in the direction of the main coordinate axis, a coupling arm which, relative to the first pivot point, protrudes from the coupling arm and the end remote from the first pivot point with the coupling piece is articulated in such a way that the coupling arm connects the coupling piece both when the probe arm is moved in the direction of the main coordinate axis and when the probe arm is deflected from its rest position about the first pivot point in the direction of the main gate takes along axis and a measuring device which detects the position of the coupling piece in relation to the housing.
  • a multi-coordinate touch probe of this type is known from DE-A-37 01 730.
  • this probe measuring device permits distance measurements both in the direction of a main coordinate axis and on all sides radially to the main coordinate axis.
  • the probe arm is pivotally mounted in the housing on all sides by means of a ball joint, the ball of the ball joint holding the probe arm being additionally displaceable in its joint socket in the direction of the main coordinate axis.
  • a coupling arm protrudes from the ball, on which a coupling piece, which is displaceably guided in the housing along the main coordinate axis, is supported.
  • the coupling piece has an approximately conical recess, into which the coupling arm engages, and is connected to a dial gauge, which measures the deflection of the coupling piece relative to the housing in the direction of the main coordinate axis.
  • the shape of the cutout in the coupling piece is selected so that the calibration of the dial gauge represents both the deflection of the probe tip in the direction of the main coordinate axis and transversely thereto.
  • a spring biasing the coupling piece towards the ball joint ensures that the probe arm automatically returns to a rest position in which its probe tip lies on the main coordinate axis.
  • the recess in the coupling piece intended to receive the coupling arm end must have the shape of a parabola of revolution. Such a curve shape can only be produced with sufficient accuracy with comparatively great effort. Because of the parabolic shape, the restoring forces acting on the probe arm also decrease towards the rest position, with the result of inaccurate reproduction of the rest position.
  • this object is achieved according to the invention in that the end of the coupling arm which is remote from the first pivot point is pivotally connected by means of a second universal joint to a link element which in turn is pivoted to all sides by means of a third universal joint a third pivot point which is displaceable on the main coordinate axis is pivotably guided on the housing and that the handlebar element has an annular shoulder which surrounds the main coordinate axis and points away from the first pivot point and which rests on an opposite annular shoulder of the coupling piece which likewise surrounds the main coordinate axis.
  • the ring shoulders are supported against one another in the rest position at a comparatively large radial distance from the main coordinate axis.
  • a relatively large restoring moment acts on the handlebar element, which keeps the coupling arm and thus the probe arm stable in the rest position, in which the probe tip lies on the main coordinate axis. If the probe tip is deflected in the direction of the main coordinate axis, the steering element moves exclusively along the main coordinate axis in a translatory manner. The deflection of the coupling piece monitored by the measuring device is thus equal to the deflection of the probe tip.
  • the handlebar element tilts about the third pivot point of the third universal joint which can be displaced along the main coordinate axis to compensate for travel.
  • the ring shoulder of the handlebar element is against the annular shoulder of the coupling piece is tilted, which leads to a deflection of the coupling piece along the main coordinate axis detected by the measuring device.
  • a suitable choice of the dimensions of the link element ensures that the deflection of the coupling piece in the direction of the main coordinate axis is, with high accuracy, equal to the deflection of the probe tip transverse to the main coordinate axis.
  • the probe measuring device manages with easily manufactured parts.
  • no curved inner surfaces are to be formed, the manufacturing tolerances of which influence the measuring accuracy of the device.
  • these are convex surfaces, such as spherical surfaces of the universal joints, which are preferably designed as ball joints, or the rounding of a contact cutting edge, as is expediently provided along the edge of the annular shoulder of the link element.
  • no complicated inner surfaces with an influence on the measuring accuracy are to be provided on the coupling piece.
  • the annular shoulder of the coupling piece is designed as a flat contact surface running perpendicular to the main coordinate axis.
  • the measurement error in distance measurements transverse to the main coordinate axis becomes particularly small if the distance of the third pivot point from the plane of a tilting circle determined by the ring shoulder of the link element is greater than the distance of the third pivot point from the second pivot point.
  • the tangents to this tilting circle form the pivot axes about which the link element resting on the ring shoulder of the coupling piece pivots relative to the coupling piece during its tilting movement. It also serves to increase the accuracy of measurement if the tilting circle defined by the edge of the ring shoulder of the link element and enclosing the connecting straight line of the second and third pivot point has a radius which is substantially equal to the distance of the third pivot point from the second pivot point. It is understood that the peripheral edge can be rounded around the tilting circle in order to avoid wear damage to the ring shoulder of the coupling piece.
  • a further measure which increases the measuring accuracy is that the distance of the probe tip of the probe arm from the first pivot point in the rest position is equal to the distance of the second pivot point from the first pivot point.
  • the probe tip of the probe arm is not only to be understood as a tip in the geometric sense.
  • the probe tip of the probe arm can also be provided with a spherical head, the center of which, in terms of measurement technology, forms the probe tip without influencing the measurement properties.
  • the distance of the second pivot point from the first pivot point and / or from the third pivot point can be adjusted in a preferred embodiment.
  • the coupling arm comprises two arm parts which are guided to one another with telescopic guide surfaces and in particular are fastened to one another by gluing.
  • the two arm parts which are to define the exact distance between two pivot points from one another in accordance with the design of the touch probe, are adjusted relative to one another by means of a precision gauge, without, for example, the joint balls or joint pans of the universal joints having to be reworked mechanically.
  • the exact distance of the third pivot point from the second pivot point can also be adjusted without reworking the link element if the second universal joint is designed as a ball joint in which at least one spacer is inserted in the cylindrical joint socket intended for receiving a joint ball.
  • the spacer can be easily exchanged for adjustment purposes or machined to a desired thickness by grinding.
  • the probe arm contains a predetermined breaking point, in particular in the form of a ceramic part inserted between the first universal joint and the probe tip. If improperly handled, the probe tip of the probe arm breaks off, but larger, more extensive damage is avoided. The repair is limited to the replacement of a few parts.
  • Multi-coordinate touch gauges are usually provided with a clamping shaft on which they can be clamped, for example, in the tool holder of a machine tool.
  • the axis of the clamping shaft which is designed, for example, as a steep tapered sheep, runs coaxially with the main coordinate axis defined by the touch probe.
  • the housing and the clamping shaft have mutually perpendicular contact surfaces to the main coordinate axis and are supported by at least one in the direction of the main coordinate. tenachse extending clamping screw are attached to each other.
  • the housing or the clamping shaft carries a centering pin which is central to the main coordinate axis of this part and which engages with radial play in a centering opening of the other part.
  • a circumference of the centering opening has at least three adjusting screws radially adjustable to the main coordinate axis. While the contact surfaces on the housing and the clamping shaft ensure the parallelism of the axes, the adjusting screws enable the compensation of misalignments.
  • the centering opening or the centering pin can be provided directly on the clamping shaft or the housing.
  • the centering pin on the housing and the centering opening are provided in an adapter which fits snugly in a steep taper shank. This allows the steep taper shaft to be replaced without having to change the adjustment.
  • the drawing shows an axial longitudinal section through a multi-coordinate probe.
  • the probe arm 7 ending in a spherical probe tip 9 can be displaced along the main coordinate axis 5, starting from the rest position shown in the drawing, and can be deflected transversely to the main coordinate axis 5.
  • a dial indicator 11 held on the housing 3 shows the size of the axial or radial deflection.
  • the probe arm 7 is pivotally mounted in the housing 3 by means of a first ball joint 13.
  • the ball joint 13 has a ball segment 15 which is fixedly connected to the probe arm 7 and which is mounted on all sides in a cutting-edge ball socket 17 which narrows towards the probe tip 9 and can be pivoted about a pivot point 19.
  • the ball socket 17 continues in the direction of the main coordinate axis 5 away from the probe tip 9 in the form of a cylindrical guide opening 21 and thus enables an axial displacement movement of the probe arm 7 in the direction of the main coordinate axis 5.
  • the probe arm 7 is extended into the housing 3 and here forms a coupling arm 23 which is coupled to a link element 29 on its end remote from the ball joint 13 via a second ball joint 25 about a pivot point 27 so that it can pivot on all sides.
  • the link element 29 is in turn guided in a third ball joint 31 on a pivot point 33 on the main coordinate axis 5 on all sides on the housing 3.
  • the ball joint 31 has an articulated ball 35 formed on the link element 29, which is seated in a cylindrical joint socket opening 37 which is concentric with the main coordinate axis 5.
  • a compression spring 39 arranged in the opening 37 tensions the link element 29 against the coupling arm 23 and thus compensates for any play in the ball joints 25 and 13.
  • an essentially sleeve-shaped coupling piece 41 is also guided so that it can be displaced in a coaxial manner with the main coordinate axis 5.
  • the coupling piece 41 is coupled via a pin 43 to the dial gauge 11, which thus deflects the coupling piece 41 detected relative to the housing 3.
  • the coupling piece 41 has a radially inwardly projecting annular shoulder 45 with a flat contact surface 47 that points to the probe tip 9 and runs perpendicular to the main coordinate axis 5.
  • a plurality of compression springs 49 distributed around the circumference between the housing 3 and the coupling piece 41 tension the contact surface 47 of the annular shoulder 45 against a pointing away from the probe tip 9 ring shoulder 51 of the plate-shaped link element 29 in this area.
  • the springs 49 exert a comparatively high restoring force on the link element 29 via the coupling piece 41, which ensures that the pivot points of the ball joints 25 and 31 are stable in the rest position lie on the main coordinate axis 5.
  • the link element 29 transmits the displacement force over the entire circumference of its ring shoulder 51 to the coupling piece 41, and the dial indicator 11 detects the deflection of the Stylus tip 9.
  • the pivoting movement of the probe arm 7 is transmitted via the coupling arm 23 to the link element 29.
  • the link element 29 pivots about the pivot point 33, which at the same time performs a length compensation movement on the pivot point which is stationary with respect to the housing 3 19 of the ball joint 13 makes.
  • the ring shoulder 51 of the steering element 29 tilts due to the pivoting movement about a virtual pivot axis which is tangential to a tilting circle, the plane of which is perpendicular to the connecting straight line of the pivot points 27 and 33 of the ball joints 25 and 31 and the cutting traces of which are shown in the drawing at 53 .
  • the edge of the ring shoulder 51 is rounded around the tilting circle 53 in the shape of a torus segment in order to avoid wear damage during the tilting movement on the mutual contact surfaces.
  • the tilting movement of the link element 29 due to the radial deflection of the probe tip 9 leads to an equally large axial deflection of the coupling piece 41, which in turn is detected by the dial gauge 11.
  • the dial gauge 11 can thus measure the deflection of the probe tip 9 both in the axial and in the radial direction with a uniform calibration.
  • the distance a of the pivot point 19 from the probe tip 9 is equal to the distance b of the pivot point 27 from the pivot point 19 .
  • the distance c of the pivot point 33 from the pivot point 27 is selected equal to the radius e of the tilt circle, and the distance d of the pivot point 33 from the plane of the tilt circle is greater than the distance c.
  • the distances a, b and c are determined by the centers of spherical ends.
  • the coupling arm 23 is designed as a telescopic arm, and the ball joint 25 has a cylindrical hole-shaped socket 55 on the link element 29, into which a spacer 59 of suitable thickness is inserted in order to adjust the spacing of the joint ball 57 of the ball joint 25.
  • the spacer 59 allows adjustment the distance c.
  • the joint ball 57 of the ball joint 25 is held on a pin 61 which is held in a central bore 63 of a shaft 65 which carries the joint ball 15 and continues in one piece into the probe arm 7.
  • the pin 61 is displaceable in the bore 63 during assembly, so that the distance of the joint ball 57 from the button end 9 can be adjusted, for example with the aid of an adjusting gauge, before the pin 61 is fixed, for example glued, to the shaft 65.
  • the probe end 9 is held on the shaft 65 by means of a ceramic tube 67.
  • the ceramic tube 67 forms a predetermined breaking point, which protects the other transmission parts of the measuring device against overload damage.
  • the axis of the steep taper shank 1 must run coaxially with the main coordinate axis 5 determined by the other components of the measuring device.
  • the housing 3 is fastened to the steep shank 1 by means of an adapter 69, which allows an axis-parallel adjustment of the main coordinate axis 5 of the housing 3 relative to the axis of the steep taper shank 1.
  • the adapter 69 has a shaft 73 that fits snugly in a central bore 71 of the steep taper shank 1 and is held interchangeably on the shaft by means of a clamping screw 75.
  • the shank 73 carries an annular flange 77 with a plane contact surface 79 for the housing 3, which runs exactly perpendicular to the axis of the steep taper shank 1 a centering opening 81 is recessed into which a centering pin 83 projecting from the housing 3 engages with radial play.
  • At least three radial adjusting screws 85 arranged distributed around the circumference of the ring flange 77 permit radial adjustment of the housing 3, which is guided displaceably on the contact surface 79.
  • a central fastening screw 87 holds the housing 3 on the adapter 69.
  • the screw 87 is first slightly tightened in order to tension the housing 3 somewhat against the contact surface 79. After the adjustment, the adjusting screws 85 hold the housing in the desired position until the screw 87 is tightened from the end of the steep taper shank 1 remote from the housing.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • A Measuring Device Byusing Mechanical Method (AREA)
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  • Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)

Abstract

L'appareil de mesure à palpeur à coordonnées multiples présente un bras-palpeur (7) déplaçable en direction d'un axe de coordonnées principal (5), par rapport à une enveloppe (3) de l'appareil de mesure et guidé, au moyen d'un premier joint à rotule (13), à pivotement omnidirectionnel sur l'enveloppe (3), autour d'un premier point de pivotement (19) situé sur l'axe de coordonnées principal (5). Au bras-palpeur (7) est associé, sur un même axe, un bras d'accouplement (23), dont l'extrémité éloignée du premier joint à rotule (13) est raccordée à un guide (29) monté à pivotement omnidirectionnel autour d'un deuxième point de pivotement (27), au moyen d'un deuxième joint à rotule (25). Le guide (29) est lui-même guidé à pivotement omnidirectionnel sur l'enveloppe (3) autour d'un troisième point de pivotement (33) déplaçable sur l'axe de coordonnées principal (5), au moyen d'un troisième joint à rotule (31). Le guide (29) présente un épaulement annulaire (51), à distance du premier point de pivotement (19), entourant l'axe de coordonnées principal (5), cet épaulement s'appuyant sur un épaulement annulaire opposé (45), entourant également l'axe (5), d'une pièce d'accouplement (41) déplaçable dans l'enveloppe (3), parallèlement à l'axe de coordonnées principal (5). Un comparateur à cadran (11) mesure la course de la pièce d'accouplement (41). Par dimensionnement approprié des écartements des points de pivotement, on obtient que la déviation radiale de l'extrémité (9) du bras-palpeur (7) d'une part, et la déviation axiale de l'extrémité (3), d'autre part, se déplacent d'une même distance par rapport aux déviations d'égale grandeur de la pièce d'accouplement (41).The multiple coordinate probe measuring device has a probe arm (7) movable in the direction of a main coordinate axis (5), relative to an envelope (3) of the measuring device and guided, by means of a first ball joint (13), with omnidirectional pivoting on the casing (3), around a first pivot point (19) located on the main coordinate axis (5). With the feeler arm (7) is associated, on the same axis, a coupling arm (23), the end remote from the first ball joint (13) is connected to a guide (29) mounted with omnidirectional pivoting around a second pivot point (27), by means of a second ball joint (25). The guide (29) is itself guided omnidirectionally on the envelope (3) around a third pivot point (33) movable on the main coordinate axis (5), by means of a third seal with ball joint (31). The guide (29) has an annular shoulder (51), at a distance from the first pivot point (19), surrounding the main coordinate axis (5), this shoulder resting on an opposite annular shoulder (45), surrounding also the axis (5), of a coupling piece (41) movable in the envelope (3), parallel to the main coordinate axis (5). A dial gauge (11) measures the stroke of the coupling piece (41). By appropriate dimensioning of the pivot point spacings, it is obtained that the radial deflection of the end (9) of the feeler arm (7) on the one hand, and the axial deflection of the end (3), on the other hand part, move the same distance from the deviations of equal size of the coupling piece (41).

Description

MEHRKOORDINATEN-TASTMESSGERAT MULTI-COORDINATE KEY MEASURING DEVICE
Die Erfindung betrifft ein Mehrkoordinaten-Tastmeßgerät, umfassend ein Gehäuse, einen in Richtung einer Hauptko¬ ordinatenachse relativ zu dem Gehäuse verschiebbaren und mittels eines ersten Universalgelenks um einen auf der Hauptkoordinatenachse liegenden ersten Schwenkpunkt allseitig schwenkbar an dem Gehäuse geführten, federnd in eine Ruhestellung vorgespannten Tastarm, dessen Tastspit¬ ze in der Ruhestellung auf der Hauptkoordinatenachse liegt, ein in dem Gehäuse in Richtung der Hauptkoordina¬ tenachse verschiebbar geführtes Kopplungsstück, einen bezogen auf den ersten Schwenkpunkt entgegengesetzt zum Tastarm von diesem abstehenden Koppelarm, dessen dem ersten Schwenkpunkt fernes Ende mit dem Kopplungsstuck in der Weise gelenkig verbunden ist, daß der Koppelarm das Kopplungsstück sowohl beim Verschieben des Tastarms in Richtung der Hauptkoordinatenachse als auch beim Auslen¬ ken des Tastarms aus dessen Ruhestellung um den ersten Schwenkpunkt in Richtung der Hauptkoordinatenachse mit¬ nimmt und eine die Position des Kopplungsstücks bezogen auf das Gehäuse erfassende Meßeinrichtung. Ein Mehrkoordinaten-Tastmeßgerät dieser Art ist aus der DE-A-37 01 730 bekannt. Dieses Tastmeßgerät erlaubt, bezogen auf eine Ruhestellung seines Tastarms, Abstand¬ messungen sowohl in Richtung einer Hauptkoordinatenachse als auch allseitig radial zu der Hauptkoordinatenachse. Der Tastarm ist hierzu mittels eines Kugelgelenks allsei¬ tig schwenkbar in dem Gehäuse gelagert, wobei die den Tastarm haltende Kugel des Kugelgelenks in ihrer Gelenk¬ pfanne zusätzlich in Richtung der Hauptkoordinatenachse verschiebbar ist. Entgegengesetzt zum Tastarm steht von der Kugel ein Koppelarm ab, an welchem sich ein in dem Gehäuse längs der Hauptkoordinatenachse verschiebbar geführtes Kopplungsstück abstützt. Das Kopplungsstück hat eine annähernd konusförmige Aussparung, in die der Kop¬ pelarm eingreift, und ist mit einer Meßuhr verbunden, die die Auslenkung des Kopplungsstücks relativ zu dem Gehäuse in Richtung der Hauptkoordinatenachse mißt. Die Form der Aussparung in dem Kopplungsstück ist so gewählt, daß die Eicheinteilung der Meßuhr sowohl die Auslenkung der Tastspitze in Richtung der Hauptkoordinatenachse als auch quer dazu repräsentiert. Eine das Kopplungsstück zum Kugelgelenk hin vorspannende Feder sorgt dafür, daß der Tastarm selbsttätig in eine Ruhestellung zurückkehrt, in der seine Tastspitze auf der Hauptkoordinatenachse liegt.The invention relates to a multi-coordinate probe measuring device, comprising a housing, a probe arm that can be displaced in the direction of a main coordinate axis relative to the housing and that can be pivoted on all sides by a first universal joint about a first pivot point on the main coordinate axis and is resiliently biased into a rest position , the probe tip of which lies in the rest position on the main coordinate axis, a coupling piece which is guided in the housing in the direction of the main coordinate axis, a coupling arm which, relative to the first pivot point, protrudes from the coupling arm and the end remote from the first pivot point with the coupling piece is articulated in such a way that the coupling arm connects the coupling piece both when the probe arm is moved in the direction of the main coordinate axis and when the probe arm is deflected from its rest position about the first pivot point in the direction of the main gate takes along axis and a measuring device which detects the position of the coupling piece in relation to the housing. A multi-coordinate touch probe of this type is known from DE-A-37 01 730. With respect to the rest position of its probe arm, this probe measuring device permits distance measurements both in the direction of a main coordinate axis and on all sides radially to the main coordinate axis. For this purpose, the probe arm is pivotally mounted in the housing on all sides by means of a ball joint, the ball of the ball joint holding the probe arm being additionally displaceable in its joint socket in the direction of the main coordinate axis. In contrast to the probe arm, a coupling arm protrudes from the ball, on which a coupling piece, which is displaceably guided in the housing along the main coordinate axis, is supported. The coupling piece has an approximately conical recess, into which the coupling arm engages, and is connected to a dial gauge, which measures the deflection of the coupling piece relative to the housing in the direction of the main coordinate axis. The shape of the cutout in the coupling piece is selected so that the calibration of the dial gauge represents both the deflection of the probe tip in the direction of the main coordinate axis and transversely thereto. A spring biasing the coupling piece towards the ball joint ensures that the probe arm automatically returns to a rest position in which its probe tip lies on the main coordinate axis.
Bei dem bekannten Meßgerät muß die zur Aufnahme des Koppelärmendes bestimmte Aussparung des Kopplungsstücks die Form einer Rotationsparabel haben. Eine solche Kur¬ venform läßt sich nur mit vergleichsweise großem Aufwand hinreichend genau herstellen. Aufgrund der Parabolform nehmen darüber hinaus die auf den Tastarm wirkenden Rückstellkräfte zur Ruhelage hin ab, mit der Folge unge¬ nauer Reproduktion der Ruhelage.In the known measuring device, the recess in the coupling piece intended to receive the coupling arm end must have the shape of a parabola of revolution. Such a curve shape can only be produced with sufficient accuracy with comparatively great effort. Because of the parabolic shape, the restoring forces acting on the probe arm also decrease towards the rest position, with the result of inaccurate reproduction of the rest position.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Mehrkoordinaten-Tastmeß- gerät zu schaffen, welches aus einfach herstellbaren Teilen besteht und eine stabile Ruhelage seines Tastarms hat.It is an object of the invention to provide a multi-coordinate touch measuring device to create, which consists of easy to manufacture parts and has a stable rest position of his probe arm.
Ausgehend von dem eingangs erläuterten Mehrkoordinaten- Tastmeßgerät wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das dem ersten Schwenkpunkt ferne Ende des Koppelarms mittels eines zweiten Universalgelenks allsei¬ tig um einen zweiten Schwenkpunkt schwenkbar mit einem Lenkerelement verbunden ist, welches seinerseits mittels eines dritten üniversalgelenks allseitig um einen auf der Hauptkoordinatenachse verschiebbaren dritten Schwenkpunkt schwenkbar an dem Gehäuse geführt ist und daß das Lenker¬ element eine die Hauptkoordinatenachse umschließende, vom ersten Schwenkpunkt wegweisende Ringschulter aufweist, die an einer entgegengerichteten, die Hauptkoordinaten¬ achse ebenfalls umschließenden Ringschulter des Kopp¬ lungsstücks aufliegt. Bei einer solchen Konstruktion stützen sich die Ringschultern in der Ruhestellung in einem vergleichsweise großen radialen Abstand von der Hauptkoordinatenachse aneinander ab. Auf das Lenkerele¬ ment wirkt damit ein relativ großes Rückstellmoment, das den Koppelarm und damit den Tastarm stabil in der Ruhela¬ ge hält, in der die Tastspitze auf der Hauptkoordinaten¬ achse liegt. Wird die Tastspitze in Richtung der Hauptko¬ ordinatenachse ausgelenkt, so bewegt sich das Lenkerele¬ ment ausschließlich translatorisch längs der Hauptkoordi¬ natenachse. Die von der Meßeinrichtung überwachte Auslen¬ kung des Kopplungsstücks ist damit gleich der Auslenkung der Tastspitze. Wird die Tastspitze ausgehend von der Ruhestellung des Tastarms quer zur Hauptkoordinatenachse ausgelenkt, so kippt das Lenkerelement um den dritten, zum Wegausgleich längs der Hauptkoordinatenachse ver¬ schiebbaren Schwenkpunkt des dritten üniversalgelenks. Zugleich wird die Ringschulter des Lenkerelements gegen die Ringschulter des Kopplungsstücks gekippt, was zu einer von der Meßeinrichtung erfaßten Auslenkung des KopplungsStücks längs der Hauptkoordinatenachse führt. Durch geeignete Wahl der Abmessungen des Lenkerelements wird erreicht, daß die Auslenkung des Kopplungsstücks in Richtung der Hauptkoordinatenachse mit hoher Genauigkeit gleich der Auslenkung der Tastspitze quer zur Hauptkoor¬ dinatenachse ist.Starting from the multi-coordinate probe measuring device explained at the outset, this object is achieved according to the invention in that the end of the coupling arm which is remote from the first pivot point is pivotally connected by means of a second universal joint to a link element which in turn is pivoted to all sides by means of a third universal joint a third pivot point which is displaceable on the main coordinate axis is pivotably guided on the housing and that the handlebar element has an annular shoulder which surrounds the main coordinate axis and points away from the first pivot point and which rests on an opposite annular shoulder of the coupling piece which likewise surrounds the main coordinate axis. In the case of such a construction, the ring shoulders are supported against one another in the rest position at a comparatively large radial distance from the main coordinate axis. A relatively large restoring moment acts on the handlebar element, which keeps the coupling arm and thus the probe arm stable in the rest position, in which the probe tip lies on the main coordinate axis. If the probe tip is deflected in the direction of the main coordinate axis, the steering element moves exclusively along the main coordinate axis in a translatory manner. The deflection of the coupling piece monitored by the measuring device is thus equal to the deflection of the probe tip. If the probe tip is deflected transversely to the main coordinate axis starting from the rest position of the probe arm, the handlebar element tilts about the third pivot point of the third universal joint which can be displaced along the main coordinate axis to compensate for travel. At the same time, the ring shoulder of the handlebar element is against the annular shoulder of the coupling piece is tilted, which leads to a deflection of the coupling piece along the main coordinate axis detected by the measuring device. A suitable choice of the dimensions of the link element ensures that the deflection of the coupling piece in the direction of the main coordinate axis is, with high accuracy, equal to the deflection of the probe tip transverse to the main coordinate axis.
Das erfindungsgemäße Tastmeßgerät kommt mit einfach herstellbaren Teilen aus. Insbesondere sind keine gekrümm¬ ten Innenflächen anzuformen, deren Herstellungstoleranzen die Meßgenauigkeit des Geräts beeinflussen. Soweit räum¬ lich gekrümmte Flächen erforderlich sind, handelt es sich um konvexe Flächen, wie zum Beispiel sphärische Flächen der vorzugsweise als Kugelgelenke ausgebildeten Univer¬ salgelenke oder um die Verrundung einer Anlageschneide, wie sie zweckmäßigerweise entlang der Randkante der Ringschulter des Lenkerelements vorgesehen ist. Insbeson¬ dere an dem Kopplungsstück sind keine komplizierten Innenflächen mit Einfluß auf die Meßgenauigkeit vorzuse¬ hen. Die Ringschulter des KopplungsStücks ist in einer bevorzugten Ausgestaltung als ebene, senkrecht zur Haupt¬ koordinatenachse verlaufende Anlagefläche ausgebildet.The probe measuring device according to the invention manages with easily manufactured parts. In particular, no curved inner surfaces are to be formed, the manufacturing tolerances of which influence the measuring accuracy of the device. Insofar as spatially curved surfaces are required, these are convex surfaces, such as spherical surfaces of the universal joints, which are preferably designed as ball joints, or the rounding of a contact cutting edge, as is expediently provided along the edge of the annular shoulder of the link element. In particular, no complicated inner surfaces with an influence on the measuring accuracy are to be provided on the coupling piece. In a preferred embodiment, the annular shoulder of the coupling piece is designed as a flat contact surface running perpendicular to the main coordinate axis.
Der Meßfehler bei Abstandmessungen quer zur Hauptkoordi¬ natenachse wird besonders klein, wenn der Abstand des dritten Schwenkpunkts von der Ebene eines durch die Ringschulter des Lenkerelements bestimmten Kippkreises größer ist als der Abstand des dritten Schwenkpunkts vom zweiten Schwenkpunkt. Die Tangenten an diesem Kippkreis bilden hierbei die Schwenkachsen, um die das an der Ringschulter des Kopplungsstücks anliegende Lenkerelement bei seiner Kippbewegung relativ zu dem Kopplungsstück schwenkt. Der Erhöhung der Meßgenauigkeit dient es ferner, wenn der durch die Randkante der Ringschulter des Lenkerelements definierte, die Verbindungsgerade des zweiten und dritten Schwenkpunkts umschließende Kippkreis einen Radius hat, der im wesentlichen gleich dem Abstand des dritten Schwenkpunkts vom zweiten Schwenkpunkt ist. Es versteht sich, daß die Randkante um den Kippkreis herum gerundet sein kann, um Abnutzungsschäden an der Ringschulter des Kopplungsstücks zu vermeiden.The measurement error in distance measurements transverse to the main coordinate axis becomes particularly small if the distance of the third pivot point from the plane of a tilting circle determined by the ring shoulder of the link element is greater than the distance of the third pivot point from the second pivot point. The tangents to this tilting circle form the pivot axes about which the link element resting on the ring shoulder of the coupling piece pivots relative to the coupling piece during its tilting movement. It also serves to increase the accuracy of measurement if the tilting circle defined by the edge of the ring shoulder of the link element and enclosing the connecting straight line of the second and third pivot point has a radius which is substantially equal to the distance of the third pivot point from the second pivot point. It is understood that the peripheral edge can be rounded around the tilting circle in order to avoid wear damage to the ring shoulder of the coupling piece.
Eine weitere, die Meßgenauigkeit erhöhende Maßnahme besteht darin, daß der Abstand der Tastspitze des Tast¬ arms vom ersten Schwenkpunkt in der Ruhestellung gleich ist dem Abstand des zweiten Schwenkpunkts vom ersten Schwenkpunkt. In diesem Zusammenhang soll hervorgehoben werden, daß unter der Tastspitze des Tastarms nicht nur eine Spitze im geometrischen Sinn zu verstehen ist. Die Tastspitze des Tastarms kann ohne Einfluß auf die Meßei¬ genschaften auch mit einem Kugelkopf versehen sein, dessen Zentrum meßtechnisch die Tastspitze bildet.A further measure which increases the measuring accuracy is that the distance of the probe tip of the probe arm from the first pivot point in the rest position is equal to the distance of the second pivot point from the first pivot point. In this context it should be emphasized that the probe tip of the probe arm is not only to be understood as a tip in the geometric sense. The probe tip of the probe arm can also be provided with a spherical head, the center of which, in terms of measurement technology, forms the probe tip without influencing the measurement properties.
Um Fertigungstoleranzen der Elemente des Meßgeräts aus¬ gleichen zu können, ist in einer bevorzugten Ausgestal¬ tung der Abstand des zweiten Schwenkpunkts vom ersten Schwenkpunkt und/oder vom dritten Schwenkpunkt justier¬ bar. In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt hierzu der Koppelarm zwei mit Teleskopführungsflächen aneinander geführte und insbesondere durch Verkleben aneinander befestigte Armteile. Bei der Herstellung des Tastmeßge¬ räts werden die beiden Armteile, die entsprechend der Konstruktion des Tastmeßgeräts den exakten Abstand zweier Schwenkpunkte voneinander definieren sollen, mittels einer Präzisionslehre relativ zueinander justiert, ohne daß zum Beispiel die Gelenkkugeln oder Gelenkpfannen der Universalgelenke mechanisch nachbearbeitet werden müßten. Auch der exakte Abstand des dritten Schwenkpunkts vom zweiten Schwenkpunkt läßt sich ohne Nachbearbeitung des Lenkerelements justieren, wenn das zweite Universalgelenk als Kugelgelenk ausgebildet ist, in dessen zur Aufnahme einer Gelenkkugel bestimmten zylindrischen Gelenkpfanne wenigstens eine Distanzscheibe eingelegt ist. Die Distanz¬ scheibe läßt sich problemlos zu Justierzwecken austau¬ schen oder durch Schleifen auf eine gewünschte Dicke bearbeiten.In order to be able to compensate for manufacturing tolerances of the elements of the measuring device, the distance of the second pivot point from the first pivot point and / or from the third pivot point can be adjusted in a preferred embodiment. In a preferred embodiment, the coupling arm comprises two arm parts which are guided to one another with telescopic guide surfaces and in particular are fastened to one another by gluing. In the manufacture of the touch probe, the two arm parts, which are to define the exact distance between two pivot points from one another in accordance with the design of the touch probe, are adjusted relative to one another by means of a precision gauge, without, for example, the joint balls or joint pans of the universal joints having to be reworked mechanically. The exact distance of the third pivot point from the second pivot point can also be adjusted without reworking the link element if the second universal joint is designed as a ball joint in which at least one spacer is inserted in the cylindrical joint socket intended for receiving a joint ball. The spacer can be easily exchanged for adjustment purposes or machined to a desired thickness by grinding.
Bei unachtsamer Handhabung des Tastmeßgeräts besteht die Gefahr irreversibler Schäden an der Mechanik des Geräts. Um einen eventuellen Schaden mc-glichst gering zu halten, ist in einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, daß der Tastarm eine Sollbruchstelle insbesondere in Form eines zwischen dem ersten Universalgelenk und der Tast¬ spitze eingefügten Keramikteils enthält. Bei unsachge¬ mäßer Handhabung bricht zwar die Tastspitze des Tastarms ab, größere weitergehende Schäden werden jedoch vermie¬ den. Die Reparatur beschränkt sich auf den Austausch einiger weniger Teile.If the touch probe is handled carelessly, there is a risk of irreversible damage to the mechanics of the device. In order to keep any damage as small as possible, a preferred embodiment provides that the probe arm contains a predetermined breaking point, in particular in the form of a ceramic part inserted between the first universal joint and the probe tip. If improperly handled, the probe tip of the probe arm breaks off, but larger, more extensive damage is avoided. The repair is limited to the replacement of a few parts.
Mehrkoordinaten-Tastmeßgeräte sind üblicherweise mit einem Spannschaft versehen, an dem sie beispielsweise in der Werkzeugaufnahme einer Werkzeugmaschine eingespannt werden können. Für exakte Messungen ist es erforderlich, daß die Achse des beispielsweise als Steilkegelschaf ausgebildeten Spannschafts gleichachsig zu der durch das Tastmeßgerät definierten Hauptkoordinatenachse verläuft. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, die auch bei anderen Tastmeßgeräten als dem vorstehend erläu¬ terten Tastmeßgerät von Vorteil ist, ist vorgesehen, daß das Gehäuse und der Spannschaft zur Hauptkoordinatenachse senkrechte, einander zugeordnete Anlageflächen aufweisen und durch wenigstens eine in Richtung der Hauptkoordina- tenachse verlaufende Spannschraube aneinander befestigt sind. Das Gehäuse oder der Spannschaft trägt einen zur Hauptkoordinatenachse dieses Teils zentrischen Zentrier¬ zapfen, der mit radialem Spiel in eine Zentrieröffnung des anderen Teils eingreift. A Umfang der Zentrieröff¬ nung sind wenigstens drei radial zur Hauptkoordinatenach¬ se verstellbare Justierschrauben verteilt angeordnet. Während die Anlageflächen am Gehäuse und dem Spannschaft für die Parallelität der Achsen sorgen, ermöglichen die Justierschrauben den Ausgleich von Fluchtungsfehlern.Multi-coordinate touch gauges are usually provided with a clamping shaft on which they can be clamped, for example, in the tool holder of a machine tool. For exact measurements, it is necessary that the axis of the clamping shaft, which is designed, for example, as a steep tapered sheep, runs coaxially with the main coordinate axis defined by the touch probe. In a preferred embodiment of the invention, which is also advantageous with probe measuring devices other than the probe measuring device explained above, it is provided that the housing and the clamping shaft have mutually perpendicular contact surfaces to the main coordinate axis and are supported by at least one in the direction of the main coordinate. tenachse extending clamping screw are attached to each other. The housing or the clamping shaft carries a centering pin which is central to the main coordinate axis of this part and which engages with radial play in a centering opening of the other part. A circumference of the centering opening has at least three adjusting screws radially adjustable to the main coordinate axis. While the contact surfaces on the housing and the clamping shaft ensure the parallelism of the axes, the adjusting screws enable the compensation of misalignments.
Die Zentrierδffnung bzw. der Zentrierzapfen können unmit¬ telbar an dem Spannschaft bzw. dem Gehäuse vorgesehen sein. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Zentrier¬ zapfen am Gehäuse und die Zentrieröffnung in einem im Paßsitz in einem Steilkegelschaft sitzenden Adapter vorgesehen. Dies erlaubt den Austausch des Steilkegel¬ schafts ohne die Justierung ändern zu müssen.The centering opening or the centering pin can be provided directly on the clamping shaft or the housing. In a preferred embodiment, the centering pin on the housing and the centering opening are provided in an adapter which fits snugly in a steep taper shank. This allows the steep taper shaft to be replaced without having to change the adjustment.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt einen Axiallängsschnitt durch ein Mehrkoordinaten- Tastmeßgerät.An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to a drawing. The drawing shows an axial longitudinal section through a multi-coordinate probe.
Das zur Halterung in einer Werkzeugmaschine oder einem Meßgerät oder dergleichen mit einem Steilkegelschaft 1 versehene Mehrkoordinaten-Tastmeßgerät umfaßt ein Gehäuse 3, aus dem gleichachsig zu der durch den Steilkegelschaft 1 definierten Hauptkoordinatenachse 5 ein Tastarm 7 vorsteht. Der in einer kugeligen Tastspitze 9 endende Tastarm 7 ist längs der Hauptkoordinatenachse 5 ausgehend von der in der Zeichnung dargestellten Ruhestellung verschiebbar und quer zur Hauptkoordinatenachse 5 aus¬ lenkbar. Eine an dem Gehäuse 3 gehaltene Meßuhr 11 zeigt mit einheitlicher Skalierung die Größe der axialen oder radialen Auslenkung an.The multi-coordinate probe measuring device provided with a steep taper shank 1 for mounting in a machine tool or a measuring device or the like comprises a housing 3 from which a probe arm 7 projects coaxially with the main coordinate axis 5 defined by the steep taper shank 1. The probe arm 7 ending in a spherical probe tip 9 can be displaced along the main coordinate axis 5, starting from the rest position shown in the drawing, and can be deflected transversely to the main coordinate axis 5. A dial indicator 11 held on the housing 3 shows the size of the axial or radial deflection.
Der Tastarm 7 ist in dem Gehäuse 3 mittels eines ersten Kugelgelenks 13 allseitig schwenkbar gelagert. Das Kugel¬ gelenk 13 hat ein fest mit dem Tastarm 7 verbundenes Kugelsegment 15, das in einer zur Tastspitze 9 hin sich verengenden, schneidenförmigen Kugelpfanne 17 um einen Schwenkpunkt 19 allseitig schwenkbar gelagert ist. Die Kugelpfanne 17 setzt sich in Richtung der Hauptkoordina¬ tenachse 5 von der Tastspitze 9 weggerichtet in Form einer zylindrischen Führungsöffnung 21 fort und ermög¬ licht so eine axiale Verschiebebewegung des Tastarms 7 in Richtung der Hauptkoordinatenachse 5.The probe arm 7 is pivotally mounted in the housing 3 by means of a first ball joint 13. The ball joint 13 has a ball segment 15 which is fixedly connected to the probe arm 7 and which is mounted on all sides in a cutting-edge ball socket 17 which narrows towards the probe tip 9 and can be pivoted about a pivot point 19. The ball socket 17 continues in the direction of the main coordinate axis 5 away from the probe tip 9 in the form of a cylindrical guide opening 21 and thus enables an axial displacement movement of the probe arm 7 in the direction of the main coordinate axis 5.
Der Tastarm 7 ist in das Gehäuse 3 hinein verlängert und bildet hier einen Koppelarm 23, der an seinem dem Kugel¬ gelenk 13 fernen Ende über ein zweites Kugelgelenk 25 um einen Schwenkpunkt 27 allseitig schwenkbar mit einem Lenkerelement 29 gekuppelt ist. Das Lenkerelement 29 ist seinerseits in einem dritten Kugelgelenk 31 um einen auf der Hauptkoordinatenachse 5 liegenden Schwenkpunkt 33 allseitig schwenkbar an dem Gehäuse 3 geführt. Das Kugel¬ gelenk 31 hat eine an dem Lenkerelement 29 angeformte Gelenkkugel 35, die in einer zylindrischen, zur Hauptko¬ ordinatenachse 5 konzentrischen Gelenkpfannenöffnung 37 sitzt. Eine in der Öffnung 37 angeordnete Druckfeder 39 spannt das Lenkerelement 29 gegen den Koppelarm 23 und gleicht so eventuelles Spiel der Kugelgelenke 25 und 13 aus.The probe arm 7 is extended into the housing 3 and here forms a coupling arm 23 which is coupled to a link element 29 on its end remote from the ball joint 13 via a second ball joint 25 about a pivot point 27 so that it can pivot on all sides. The link element 29 is in turn guided in a third ball joint 31 on a pivot point 33 on the main coordinate axis 5 on all sides on the housing 3. The ball joint 31 has an articulated ball 35 formed on the link element 29, which is seated in a cylindrical joint socket opening 37 which is concentric with the main coordinate axis 5. A compression spring 39 arranged in the opening 37 tensions the link element 29 against the coupling arm 23 and thus compensates for any play in the ball joints 25 and 13.
In dem Gehäuse 3 ist ferner ein im wesentlichen hülsen- förmiges Kopplungsstück 41 gleichachsig zur Hauptkoordi- natenachse 5 paßgenau verschiebbar geführt. Das Kopp¬ lungsstück 41 ist über einen Stift 43 mit der Meßuhr 11 gekuppelt, die damit die Auslenkung des Kopplungsstücks 41 relativ zum Gehäuse 3 erfaßt. Das Kopplungsstück 41 hat eine nach radial innen vorspringende Ringschulter 45 mit einer zur Tastspitze 9 weisenden, senkrecht zur Hauptkoordinatenachse 5 verlaufenden, ebenen Anlagefläche 47. Mehrere am Umfang verteilte Druckfedern 49 zwischen dem Gehäuse 3 und dem Kopplungsstück 41 spannen die Anlagefläche 47 der Ringschulter 45 gegen eine von der Tastspitze 9 wegweisende Ringschulter 51 des in diesem Bereich tellerförmigen Lenkerelements 29. Die Federn 49 üben über das Kopplungsstück 41 eine vergleichsweise hohe Rückstellkraft auf das Lenkerelement 29 aus, die dafür sorgt, daß in der Ruhestellung die Schwenkpunkte der Kugelgelenke 25 und 31 stabil auf der Hauptkoordianten- achse 5 liegen.In the housing 3, an essentially sleeve-shaped coupling piece 41 is also guided so that it can be displaced in a coaxial manner with the main coordinate axis 5. The coupling piece 41 is coupled via a pin 43 to the dial gauge 11, which thus deflects the coupling piece 41 detected relative to the housing 3. The coupling piece 41 has a radially inwardly projecting annular shoulder 45 with a flat contact surface 47 that points to the probe tip 9 and runs perpendicular to the main coordinate axis 5. A plurality of compression springs 49 distributed around the circumference between the housing 3 and the coupling piece 41 tension the contact surface 47 of the annular shoulder 45 against a pointing away from the probe tip 9 ring shoulder 51 of the plate-shaped link element 29 in this area. The springs 49 exert a comparatively high restoring force on the link element 29 via the coupling piece 41, which ensures that the pivot points of the ball joints 25 and 31 are stable in the rest position lie on the main coordinate axis 5.
Wird die Tastspitze 9 aus der in der Zeichnung dargestell¬ ten Ruhelage in Richtung der Hauptkoordinatenachse 5 ausgelenkt, so überträgt das Lenkerelement 29 über den gesamten Umfang seiner Ringschulter 51 die Verschiebe¬ kraft auf das Kopplungsstück 41, und die Meßuhr 11 erfaßt direkt die Auslenkung der Tastspitze 9.If the probe tip 9 is deflected from the rest position shown in the drawing in the direction of the main coordinate axis 5, the link element 29 transmits the displacement force over the entire circumference of its ring shoulder 51 to the coupling piece 41, and the dial indicator 11 detects the deflection of the Stylus tip 9.
Wird die Tastspitze 9 quer zur Hauptkoordinatenachse ausgelenkt, so überträgt sich die Schwenkbewegung des Tastarms 7 über den Koppelarm 23 auf das Lenkerelement 29. Das Lenkerelement 29 schwenkt um den Schwenkpunkt 33, der zugleich eine Längenausgleichsbewegung auf den bezo¬ gen auf das Gehäuse 3 stationären Schwenkpunkt 19 des Kugelgelenks 13 zu macht. Die Ringschulter 51 des Lenker¬ elements 29 kippt aufgrund der Schwenkbewegung um eine virtuelle Schwenkachse, die tangential zu einem Kippkreis verläuft, dessen Ebene senkrecht zur Verbindungsgeraden der Schwenkpunkte 27 und 33 der Kugelgelenke 25 und 31 verläuft und dessen Schnittspuren in der Zeichnung bei 53 dargestellt sind. Die Randkante der Ringschulter 51 ist um den Kippkreis 53 herum torussegmentförmig gerundet, um Abnutzungsschäden bei der Kippbewegung an den gegenseiti¬ gen Anlageflächen zu vermeiden. Die Kippbewegung des Lenkerelements 29 aufgrund der radialen Auslenkung der Tastspitze 9 führt zu einer gleich großen axialen Auslen- kung des Kopplungsstücks 41, die wiederum von der Meßuhr 11 erfaßt wird. Die Meßuhr 11 kann damit bei einheitli¬ cher Eichung die Auslenkung der Tastspitze 9 sowohl in axialer als auch in radialer Richtung messen.If the probe tip 9 is deflected transversely to the main coordinate axis, the pivoting movement of the probe arm 7 is transmitted via the coupling arm 23 to the link element 29. The link element 29 pivots about the pivot point 33, which at the same time performs a length compensation movement on the pivot point which is stationary with respect to the housing 3 19 of the ball joint 13 makes. The ring shoulder 51 of the steering element 29 tilts due to the pivoting movement about a virtual pivot axis which is tangential to a tilting circle, the plane of which is perpendicular to the connecting straight line of the pivot points 27 and 33 of the ball joints 25 and 31 and the cutting traces of which are shown in the drawing at 53 . The edge of the ring shoulder 51 is rounded around the tilting circle 53 in the shape of a torus segment in order to avoid wear damage during the tilting movement on the mutual contact surfaces. The tilting movement of the link element 29 due to the radial deflection of the probe tip 9 leads to an equally large axial deflection of the coupling piece 41, which in turn is detected by the dial gauge 11. The dial gauge 11 can thus measure the deflection of the probe tip 9 both in the axial and in the radial direction with a uniform calibration.
Um den Anzeigefehler der Meßuhr 11 bei radialer Auslen- kung der Tastspitze 9 bezogen auf eine gleich große axiale Auslenkung möglichst klein zu halten, ist der Abstand a des Schwenkpunkts 19 von der Tastspitze 9 gleich dem Abstand b des Schwenkpunkts 27 vom Schwenk¬ punkt 19 gewählt. Ferner ist der Abstand c des Schwenk¬ punkts 33 vom Schwenkpunkt 27 gleich dem Radius e des Kippkreises gewählt, und der Abstand d des Schwenkpunkts 33 von der Ebene des Kippkreises ist größer bemessen als der Abstand c. Durch Optimierung der Abstände c und d bezogen auf den Abstand b läßt sich die Anzeigedifferenz zwischen radialer und axialer Auslenkung der Tastspitze 9 auf innerhalb der Meßgenaugikeit der Meßuhr 11 vernach- lässigbare Werte verringern.In order to keep the display error of the dial gauge 11 as small as possible with a radial deflection of the probe tip 9 in relation to an axial deflection of the same size, the distance a of the pivot point 19 from the probe tip 9 is equal to the distance b of the pivot point 27 from the pivot point 19 . Furthermore, the distance c of the pivot point 33 from the pivot point 27 is selected equal to the radius e of the tilt circle, and the distance d of the pivot point 33 from the plane of the tilt circle is greater than the distance c. By optimizing the distances c and d in relation to the distance b, the display difference between the radial and axial deflection of the probe tip 9 can be reduced to values that are negligible within the measuring accuracy of the dial gauge 11.
Die Abstände a, b und c sind durch die Zentren kugelför¬ miger Enden bestimmt. Um trotzdem Toleranzen zwischen den Abständen a und b sowie Toleranzen des Abstands c ohne aufwendige Bearbeitung der kugelförmigen Enden ausglei¬ chen zu können, ist der Koppelarm 23 als Teleskoparm ausgeführt, und das Kugelgelenk 25 hat eine zylinderloch- förmige Gelenkpfanne 55 an dem Lenkerelement 29, in die zur Justierung des Abstands der Gelenkkugel 57 des Kugel¬ gelenks 25 eine Distanzscheibe 59 passender Dicke einge¬ legt ist. Die Distanzscheibe 59 erlaubt eine Justierung des Abstands c.The distances a, b and c are determined by the centers of spherical ends. In order to be able to compensate for tolerances between the distances a and b and tolerances of the distance c without complex machining of the spherical ends, the coupling arm 23 is designed as a telescopic arm, and the ball joint 25 has a cylindrical hole-shaped socket 55 on the link element 29, into which a spacer 59 of suitable thickness is inserted in order to adjust the spacing of the joint ball 57 of the ball joint 25. The spacer 59 allows adjustment the distance c.
Für die Justierung des Abstands b ist die Gelenkkugel 57 des Kugelgelenks 25 an einem Stift 61 gehalten, der in einer zentrischen Bohrung 63 eines die Gelenkkugel 15 tragenden und sich in den Tastarm 7 einteilig hinein fortsetzenden Schafts 65 gehalten ist. Der Stift 61 ist während der Montage in der Bohrung 63 verschiebbar, so daß, beispielsweise mit Hilfe einer Einstellehre, der Abstand der Gelenkkugel 57 vom Tastende 9 justiert werden kann, bevor der Stift 61 am Schaft 65 fixiert, beispiels¬ weise angeklebt wird.For the adjustment of the distance b, the joint ball 57 of the ball joint 25 is held on a pin 61 which is held in a central bore 63 of a shaft 65 which carries the joint ball 15 and continues in one piece into the probe arm 7. The pin 61 is displaceable in the bore 63 during assembly, so that the distance of the joint ball 57 from the button end 9 can be adjusted, for example with the aid of an adjusting gauge, before the pin 61 is fixed, for example glued, to the shaft 65.
Um Schäden an der Mechanik des Meßgeräts bei unsachge¬ mäßer Handhabung zu vermeiden, ist das Tastende 9 mittels eines Keramikröhrchens 67 an dem Schaft 65 gehalten. Das Keramikrδhrchen 67 bildet eine Sollbruchstelle, die die übrigen Transmissionsteile des Meßgeräts vor Überlast¬ schäden schützt.In order to avoid damage to the mechanics of the measuring device in the event of improper handling, the probe end 9 is held on the shaft 65 by means of a ceramic tube 67. The ceramic tube 67 forms a predetermined breaking point, which protects the other transmission parts of the measuring device against overload damage.
Die Achse des Steilkegelschafts 1 muß gleichachsig zu der durch die übrigen Komponenten des Meßgeräts bestimmten Hauptkoordinatenachse 5 verlaufen. Um Fluchtungsfehler ausgleichen zu können, ist das Gehäuse 3 an dem Steilke¬ gelschaft 1 mittels eines Adapters 69 befestigt, der eine achsparallele Justierung der Hauptkoordinatenachse 5 des Gehäuses 3 relativ zur Achse des Steilkegelschafts 1 erlaubt. Der Adapter 69 hat einen im Paßsitz in einer zentrischen Bohrung 71 des Steilkegelschafts 1 sitzenden Schaft 73 und wird mittels einer Klemmschraube 75 an dem Schaft auswechselbar gehalten. Zwischen dem Steilkegel¬ schaft 1 und dem Gehäuse 3 trägt der Schaft 73 einen Ringflansch 77 mit einer zur Achse des Steilkegelschafts 1 exakt senkrecht verlaufenden, planen Anlagefläche 79 für das Gehäuse 3. In die Anlagefläche 79 ist zentrisch eine Zentrieröffnung 81 eingesenkt, in die mit radialem Spiel ein vom Gehäuse 3 abstehender Zentrierzapfen 83 eingreift. Wenigstens drei am Umfang des Ringflansches 77 verteilt angeordnete, radiale Justierschrauben 85 erlau¬ ben eine radiale Justierung des an der Anlagefläche 79 verschiebbar geführten Gehäuses 3. Eine zentrische Befe¬ stigungsschraube 87 hält das Gehäuse 3 am Adapter 69. Für die radiale Justierung des Gehäuses 3 relativ zum Steil¬ kegelschaft 1 wird die Schraube 87 zunächst leicht ange¬ zogen, um das Gehäuse 3 etwas gegen die Anlagefläche 79 zu spannen. Nach der Justierung halten die Justierschrau¬ ben 85 das Gehäuse in der gewünschten Lage fest, bis die Schraube 87 vom gehäusefernen Ende des Steilkegelschafts 1 festgezogen ist. The axis of the steep taper shank 1 must run coaxially with the main coordinate axis 5 determined by the other components of the measuring device. In order to be able to compensate for misalignments, the housing 3 is fastened to the steep shank 1 by means of an adapter 69, which allows an axis-parallel adjustment of the main coordinate axis 5 of the housing 3 relative to the axis of the steep taper shank 1. The adapter 69 has a shaft 73 that fits snugly in a central bore 71 of the steep taper shank 1 and is held interchangeably on the shaft by means of a clamping screw 75. Between the steep taper shank 1 and the housing 3, the shank 73 carries an annular flange 77 with a plane contact surface 79 for the housing 3, which runs exactly perpendicular to the axis of the steep taper shank 1 a centering opening 81 is recessed into which a centering pin 83 projecting from the housing 3 engages with radial play. At least three radial adjusting screws 85 arranged distributed around the circumference of the ring flange 77 permit radial adjustment of the housing 3, which is guided displaceably on the contact surface 79. A central fastening screw 87 holds the housing 3 on the adapter 69. For the radial adjustment of the housing 3 relative to the steep taper shank 1, the screw 87 is first slightly tightened in order to tension the housing 3 somewhat against the contact surface 79. After the adjustment, the adjusting screws 85 hold the housing in the desired position until the screw 87 is tightened from the end of the steep taper shank 1 remote from the housing.

Claims

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS
Mehrkoordinaten-Tastmeßgerät, umfassendMulti-coordinate touch probe, comprehensive
- ein Gehäuse (3) ,- a housing (3),
- einen in Richtung einer Hauptkoordinatenachse (5) relativ zu dem Gehäuse (3) verschiebbaren und mit¬ tels eines ersten Universalgelenks (13) um einen auf der Hauptkoordinatenachse (5) liegenden ersten Schwenkpunkt (19) allseitig schwenkbar an dem Gehäu¬ se (3) geführten, federnd in eine Ruhestellung vorgespannten Tastarm (7) , dessen Tastspitze (9) in der Ruhestellung auf der Hauptkoordinatenachse (5) liegt,- A in the direction of a main coordinate axis (5) relative to the housing (3) and by means of a first universal joint (13) which can be pivoted on all sides on the main coordinate axis (5) on the main coordinate axis (5) on the housing (3 ) guided, spring-biased probe arm (7), the probe tip (9) of which is in the rest position on the main coordinate axis (5),
- ein in dem Gehäuse (3) in Richtung der Hauptkoordi¬ natenachse (5) verschiebbar geführtes Kopplungsstück- A coupling piece which is displaceably guided in the housing (3) in the direction of the main coordinate axis (5)
(41) ,(41),
- einen bezogen auf den ersten Schwenkpunkt (19) entgegengesetzt zum Tastarm (7) von diesem abstehen¬ den Koppelarm (23) , dessen dem ersten Schwenkpunkt (19) fernes Ende mit dem Kopplungsstück (41) in der- One with respect to the first pivot point (19) opposite the probe arm (7) from this protruding coupling arm (23), the end of the first pivot point (19) remote end with the coupling piece (41) in the
Weise gelenkig verbunden ist, daß der Koppelarm (23) das Kopplungsstück (41) sowohl beim Verschieben des Tastarms (7) in Richtung der Hauptkoordinatenachse (5) als auch beim Auslenken des Tastarms (7) aus dessen Ruhestellung um den ersten Schwenkpunkt (19) in Richtung der Hauptkoordinatenachse (5) mitnimmt undIs articulated so that the coupling arm (23) the coupling piece (41) both when moving the probe arm (7) in the direction of the main coordinate axis (5) and when deflecting the probe arm (7) from its rest position about the first pivot point (19) takes along in the direction of the main coordinate axis (5) and
- eine die Position des Kopplungsstücks (41) bezogen auf das Gehäuse (3) erfassende Meßeinrichtung (11), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das dem ersten Schwenkpunkt (19) ferne Ende des Kop¬ pelarms (23) mittels eines zweiten Universalgelenks (25) allseitig um einen zweiten Schwenkpunkt (27) schwenkbar mit einem Lenkerelement (29) verbunden ist, welches seinerseits mittels eines dritten üniversalge¬ lenks (31) allseitig um einen auf der Hauptkoordina¬ tenachse (5) verschiebbaren dritten Schwenkpunkt (33) schwenkbar an dem Gehäuse (3) geführt ist und daß das Lenkerelement (29) eine die Hauptkoordinatenachse (5) umschließende, vom ersten Schwenkpunkt (19) wegweisen¬ de Ringschulter (51) aufweist, die an einer entgegen¬ gerichteten, die Hauptkoordinatenach.se (5) ebenfalls umschließenden Ringschulter (45) des Kopplungsstücks (41) aufliegt.- A measuring device (11) which detects the position of the coupling piece (41) relative to the housing (3), characterized in that the end of the coupling arm (23) remote from the first pivot point (19) is turned around on all sides by means of a second universal joint (25) a second pivot point (27) is pivotally connected to a link element (29) which in turn is guided on the housing (3) by means of a third universal joint (31) on all sides about a third pivot point (33) displaceable on the main coordinate axis (5) and that Handlebar element (29) has a ring shoulder (51) which surrounds the main coordinate axis (5) and points away from the first pivot point (19) and which on an opposite ring shoulder (45) of the coupling piece (45) which also surrounds the main coordinate axis (5) 41) rests.
2 . Tastmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringschulter (45) des Kopplungsstücks (41) eine ebene, senkrecht zur Hauptkoordinatenachse (5) verlaufende Anlagefläche (47) aufweist.2nd Probe measuring device according to claim 1, characterized in that the annular shoulder (45) of the coupling piece (41) has a flat contact surface (47) running perpendicular to the main coordinate axis (5).
3. Tastmeßgerat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Ringschulter (51) des Lenkerelements (29) eine gerundete Anlageschneide aufweist.3. Probe according to claim 1 or 2, characterized gekenn¬ characterized in that the annular shoulder (51) of the handlebar element (29) has a rounded contact cutting edge.
4. Tastmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (d) des dritten Schwenkpunkts (33) von der Ebene eines durch die Ringschulter (51) des Lenkerelements (29) bestimmten Kippkreises (53) größer ist als der Abstand (c) des dritten Schwenkpunkts (33) vom zweiten Schwenkpunkt (27) .4. Probe according to one of claims 1 to 4, characterized in that the distance (d) of the third pivot point (33) from the plane of a by the annular shoulder (51) of the handlebar element (29) determined tilting circle (53) is greater than that Distance (c) of the third pivot point (33) from the second pivot point (27).
5. Tastmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringschulter (51) des Lenker¬ elements (29) eine Randkante hat, die einen die Ver- bindungsgerade des zweiten (27) und dritten (33) Schwenkpunkts umschließenden Kippkreis (53) definiert, dessen Radius (e) im wesentlichen gleich dem Abstand (c) des dritten Schwenkpunkts (33) vom zweiten Schwenk¬ punkt (27) ist.5. Probe measuring device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the annular shoulder (51) of the Lenker¬ elements (29) has an edge that has a straight line connecting the connecting line of the second (27) and third (33) pivot point tilting circle (53) defines whose radius (e) is substantially equal to the distance (c) of the third pivot point (33) from the second pivot point (27).
6. Tastmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (a) der Tastspitze (9) des Tastarms (7) vom ersten Schwenkpunkt (19) in der Ruhestellung gleich ist dem Abstand (b) des zweiten Schwenkpunkts (27) vom ersten Schwenkpunkt (19) .6. Probe according to one of claims 1 to 5, characterized in that the distance (a) of the probe tip (9) of the probe arm (7) from the first pivot point (19) in the rest position is the same as the distance (b) of the second pivot point ( 27) from the first pivot point (19).
7. Tastmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (b, c) des zweiten Schwenkpunkts (27) vom ersten Schwenkpunkt (19) und/ oder vom dritten Schwenkpunkt (33) justierbar ist.7. probe measuring device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the distance (b, c) of the second pivot point (27) from the first pivot point (19) and / or from the third pivot point (33) is adjustable.
8. Tastmeßgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Koppelarm (23) zwei mit Teleskopführungsflä¬ chen aneinander geführte und insbesondere durch Ver¬ kleben aneinander befestigte Armteile (61, 65) umfaßt.8. A probe according to claim 7, characterized in that the coupling arm (23) comprises two arm parts (61, 65) which are guided together with telescopic guide surfaces and in particular are fastened to one another by gluing.
9. Tastmeßgerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß das zweite Universalgelenk (25) als Kugelgelenk ausgebildet ist, dessen zur Aufnahme einer Gelenkkugel (57) bestimmte zylindrische Gelenkpfanne (55) an dem Lenkerelement (29) vorgesehen ist und wenigstens eine Distanzscheibe (59) enthält.9. A probe according to claim 7 or 8, characterized gekenn¬ characterized in that the second universal joint (25) is designed as a ball joint, the cylindrical joint socket (55) for receiving a joint ball (57) is provided on the handlebar element (29) and at least contains a spacer (59).
10. Tastmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da¬ durch gekennzeichnet, daß der Tastarm (7) eine Soll¬ bruchstelle insbesondere in Form eines zwischen dem ersten Universalgelenk (13) und der Tastspitze (9) eingefügten Keramikteils (67) enthält.10. Probe according to one of claims 1 to 9, da¬ characterized in that the probe arm (7) contains a Soll¬ break point, in particular in the form of a ceramic part (67) inserted between the first universal joint (13) and the probe tip (9).
11. Mehrkoordinaten-Tastmeßgerät, umfassend11. Multi-coordinate touch probe, comprising
- ein Gehäuse (3) ,- a housing (3),
- einen in Richtung einer Hauptkoordinatenachse (5) -15- relativ zu dem Gehäuse (3) verschiebbaren und mittels eines Universalgelenks (13) um einen auf der Hauptkoordinatenachse (5) liegenden Schwenk¬ punkt (19) allseitig schwenkbar an dem Gehäuse (3) geführten, federn in eine Richtung vorgespannten Tastarm (7) , dessen Tastspitze (9) in der Ruhestel¬ lung auf der Hauptkoordinatenachse (5) liegt,- one in the direction of a main coordinate axis (5) -15- Probe arm which can be displaced relative to the housing (3) and is spring-biased in one direction by means of a universal joint (13) about a pivot point (19) which is pivotable on all sides on the main coordinate axis (5) on the housing (3) ( 7), the probe tip (9) of which is in the rest position on the main coordinate axis (5),
- eine mit dem Tastarm (7) gekoppelte, die Abweichung der Tastspitze (9) von der Ruhestellung sowohl in Richtung der Hauptkoordinatenachse (5) als auch senkrecht dazu erfassende Meßeinrichtung (11) und- A coupled to the probe arm (7), the deviation of the probe tip (9) from the rest position both in the direction of the main coordinate axis (5) and perpendicular to it measuring device (11) and
- einen das Gehäuse (3) tragenden Spannschaft (1) , insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Gehäuse (3) und der Spannschaft (1) zur Hauptko¬ ordinatenachse (5) senkrechte, einander zugeordnete Anlageflächen (79) aufweisen und durch wenigstens eine in Richtung der Hauptkoordinatenachse (5) verlaufende Spannschraube (87) aneinander befestigt sind, daß das Gehäuse (3) oder der Spannschaft (1) einen zur Haupt¬ koordinatenachse (5) dieses Teils zentrischen Zentrier¬ zapfen (83) trägt, der mit radialem Spiel in eine Zentrierδffnung (81) des anderen Teils eingreift und daß am Umfang der Zentrieröffnung (81) wenigstens drei radial zur Hauptkoordinatenachse (5) verstellbare Justierschrauben (85) verteilt angeordnet sind.- A clamping shaft (1) carrying the housing (3), in particular according to one of claims 1 to 10, characterized in that the housing (3) and the clamping shaft (1) to the main coordinate axis (5) are perpendicular, mutually associated contact surfaces (79 ) and are fastened to each other by at least one clamping screw (87) running in the direction of the main coordinate axis (5) such that the housing (3) or the clamping shaft (1) has a centering pin (83) centered on the main coordinate axis (5) of this part ) which engages with a radial clearance in a centering opening (81) of the other part and that at least three adjusting screws (85) which are adjustable radially to the main coordinate axis (5) are distributed around the circumference of the centering opening (81).
12. Tastmeßgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich¬ net, daß der Zentrierzapfen (83) am Gehäuse (3) und die Zentrieröffnung (81) in einem im Paßsitz in einem Steilkegelschaft (1) sitzenden Adapter (69) vorgese¬ hen ist. 12. Probe according to claim 11, characterized gekennzeich¬ net that the centering pin (83) on the housing (3) and the centering opening (81) in a snug fit in a steep taper shank (1) seated adapter (69) is provided.
EP92901803A 1991-01-08 1992-01-07 Multi-co-ordinate contact measuring device Withdrawn EP0566600A1 (en)

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