DE3514309C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Drei-Koordinaten-Meßkopf zur Verformungsmessung, z. B. an Teststrukturen des Fahr- und Flugzeugbaus, nach dem Oberbegriff des Haupt­ anspruchs. Derartige Meßköpfe sollen innerhalb eines Versuchsaufbaus fest positioniert werden.

Hochpräzise Meßköpfe, wie sie für Drei-Koordinaten-Meß­ maschinen und Werkzeugmaschinen verwendet werden, haben für diesen Zweck eine zu aufwendige mechanische Entkopp­ lung der drei Koordinaten, z. B. mit Parallelogrammfeder­ lenker (DT 22 97 270, DE 26 20 099, DE 31 35 495) und konstruktionsbedingt einen relativ kleinen Meßbereich. Wegen ihres hohen mechanischen Aufwandes sind sie für die Ausrüstung eines Versuchsaufbaus mit vielen Meßstel­ len sehr kostenaufwendig.

Einen Meßkopf einfacher Bauart beschreibt die DE-AS 24 40 692, jedoch ist hier der Meßbereich konstruktions­ bedingt klein, der Freihub ist praktisch Null. Außerdem muß bereits bei etwas weiteren Wegeauslenkungen die Schrägstellung der Ferritkerne in den Spulen stören. Auch der in der DE-OS 29 49 439 beschriebene Meßkopf ist bei größeren Meßlängen senkrecht zur Gerätehauptachse nach­ teilig begrenzt, weil sich die Ferritkerne seitlich ver­ schieben, bewirkt durch die sich durchbiegenden Blatt­ federn.

Andere Meßköpfe (DE 32 29 992 und DE 32 31 160) haben nur die Funktionen des Ein- oder Ausschaltens. Die DE-OS 32 34 470 beschreibt einen Tastkopf, der ein (Schalt-) Signal bei beliebiger Antastrichtung liefert. Dabei wird ein längsverschiebbarer Teleskopftaststift dargestellt, wobei jedoch die z-Achse nicht der Winkelauslenkung des Tastkopfes folgt, weil sie raumfest ist. Die im Oberbe­ griff des vorliegenden Anspruchs 1 erwähnte Auswertung von Meßsignalen durch einen nachgeordneten Rechner wird in der o.g. DE-OS 29 49 439 aufgezeigt.

Die DE-OS 28 35 615 beschreibt für einen optoelektroni­ schen Koordinatentaster, daß die Justier- und Kalibrier­ arbeiten softwaremäßig auf einem Rechner durchgeführt werden. Dort wird auch ein Kreuzgelenk für die Lagerung des Teleskoptaststiftes eingesetzt.

Aufbauend auf diesem Stand der Technik ist es das er­ findungsgemäße Ziel, einen Drei-Koordinaten-Meßtaster hoher Meßgenauigkeit mit relativ großen Meßbereichen und einfacher, betriebssicherer, weitgehend schmutzge­ schützter Bauweise bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kenn­ zeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Anordnung gelöst. Dabei wird gänzlich auf eine exakte mechanische Entkopplung der drei Meßwerte in die drei gesuchten Koor­ dinaten verzichtet. Diese Aufgabe fällt der Meßdatener­ fassungsanlage (Rechner) zu.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Meßkopf zur punktförmigen Lagerung ein spielfrei vor­ gespanntes Kreuzgelenk aufweist.

Zweckmäßig wird die Ebene der Abtastplatte so gelagert, daß sie den Lagermittelpunkt des Teleskoptaststiftes schneidet.

Um die Meßbereichsmitte (Nullage) für die seitliche Aus­ lenkung des Teleskoptaststiftes in einfacher Weise beim Anbau an ein Testobjekt festlegen zu können, ist vorge­ sehen, daß dafür eine auf dem Taststift axial verschieb­ bare Hülse mit Anschlag am Meßkopfgehäuse verwendet wird.

Um den Meßkopf einfach und reproduzierbar in ein überge­ ordnetes Meßsystem integrieren zu können ist vorgesehen, daß er zur Zentrierung mit zwei rechtwinkelig zueinander versetzten prismatischen Führungen versehen ist, die zum Aufspannen auf ein Gegenstück mittels Exzenterspannein­ richtung geeignet sind.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel des Meßkopfes mit einem Meßbereich von 20 mm in allen Koordi­ natenrichtungen. Der handelsübliche induktive Wegaufneh­ mer 18 mit Kabelanschluß 6 ist zusammen mit seiner Spann­ zangenhalterung 4, 5 über ein spielfrei vorgespanntes Kreuzgelenk 15 mit der Grundplatte 13 verbunden. Der Weg­ aufnehmer 18 mißt die Auslenkung des Taststiftes 1 überwie­ gend in Richtung der z-Achse. Die Messung der Winkelstel­ lung des Vektors, der die Auslenkung der Tastkopfspitze relativ zur Grundplatte 13 beschreibt, erfolgt durch Ab­ tasten der starr mit dem Wegaufnehmer 18 verbundenen Ab­ tastplatte 12. Diese Verbindung an den Flansch 7 der Spannzange erfolgt aus Montagegründen über das Zwischen­ stück 8. Die Abtastung erfolgt durch zwei um 90° zueinander versetzte handelsübliche induktive Wegaufnehmer. Diese Wegaufnehmer 16 mit Kabelanschluß 17 sitzen auf einem Hal­ tering 9, der über Stehbolzen 11 und Schrauben 10 starr mit der Grundplatte 13 verbunden ist. Um das Moment auf die Abtastplatte 12, hervorgerufen durch die beiden Weg­ aufnehmer 16, zu kompensieren, können symmetrisch zu den Wegaufnehmern Ausgleichsfedern angeordnet werden.

Zum reproduzierbaren Ankoppeln des Meßkopfes, z. B. an ein Stativ, wird ein Spann- und Zentriersystem mit pris­ matischen Führungen und Exzenter-Schnellspanneinrichtung verwendet. Der meßkopfseitige Teil 14 dieser Vorrichtung "Negativ" ist mit der Grundplatte fest verschraubt und stellt den Bezug für das beim Kalibrieren und Messen zu­ grunde liegende Koordinatensystem dar. Demgemäß sind die Wegaufnehmer 16 zweckmäßig zu den Hauptachsen dieses Ko­ ordiatensystems ausgerichtet. Abweichungen davon fallen jedoch aufgrund der Kalibrierung nicht ins Gewicht. Bei Verwendung von Spann- und Zentriervorrichtungen der be­ schriebenen Art im Rahmen einer Vielstellenmessung bedient man sich für das Ausrichten aller stativseitigen "Positive" in die Hauptrichtungen eines übergeordneten Maß-Bezugssy­ stems zweckmäßigerweise einer Hilfsvorrichtung, die dazu anstelle eines Meßkopfes auf das Positiv gesetzt wird. Die gegen das Gehäuse 3 verschiebbar angeordnete Hülse 2 gestattet ein arretieren gegen seitliche Auslenkung in der mechanischen Nullage.

Es erscheint zweckmäßig, die beiden Wegaufnehmer 16 unter 90° zueinander anzuordnen und gleiche Hebelverhätlnisse zu wählen. Durch entsprechende Verrechnung der Meßwerte können jedoch auch beliebige Maße berücksichtigt werden, was zum Ausgleich von Fertigungsabweichungen nützlich ist. In diesem Fall ist eine entsprechende Einmessung erforder­ lich. Letzteres erlaubt kostengünstige, großzügige Tole­ ranzvorgaben für Justage und Bauteilabmessungen.

Claims (5)

1. Meßkopf für drei Koordiaten mit einem Taststift, mit einer senkrecht zur Längsachse des Taststiftes ange­ ordneten Abtastplatte, deren Stellung von zwei Wegauf­ nehmern erfaßt wird, wobei die Signale dieser Wegauf­ nehmer und eines weiteren Wegaufnehmers einem Rechner zur Ermittlung der gesuchten Koordinaten der Taststift­ spitze zuführbar sind, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) Der Taststift ist ein ein Gehäuse aufweisender Teleskoptaststift (1) und bildet den weiteren Wegaufnehmer (18),
• b) der Teleskoptaststift (1) ist punktförmig auf einer Grundplatte (13) des Meßkopfes gelagert,
• c) die Abtastplatte (12) ist mit dem Gehäuse des Teleskoptaststiftes (1) starr verbunden.

2. Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er zur punktförmigen Lagerung des Teleskoptaststiftes (1) ein spielfrei vorgespanntes Kreuzgelenk (15) auf­ weist.

3. Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene der Abtastplatte (12) den Lagermittelpunkt des Teleskoptaststiftes (1) schneidet.

4. Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf dem Teleskoptaststift (1) axial verschiebbar angeordnete Hülse (2) mit Anschlag am Meßkopfgehäuse (3) die mechanische Nullage für die seitliche Auslen­ kung festlegt.

5. Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (13) mit einer Exzenter-Schnellspann­ und Zentriereinrichtung (14) verbunden ist, die der reproduzierbaren Schnellverbindung des Meßkopfes mit einer Halterung dient.