FR2700844A1

FR2700844A1 - Long feeler for the feeler head of a coordinate measurement apparatus

Info

Publication number: FR2700844A1
Application number: FR9400748A
Authority: FR
Inventors: Wiedmann Wolfgang; Hoch Petra; Aubele Eugen; Pfister Anton; Detzel Rainer
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 1993-01-26
Filing date: 1994-01-25
Publication date: 1994-07-29
Anticipated expiration: 2000-01-25
Also published as: IT232679Y1; ITMI940022V0; DE9300994U1; ITMI940022U1; FR2700844B3

Abstract

The invention relates to measurement apparatuses. The feeler (1) of this apparatus is of the type which must be very long, very lightweight and very rigid, and damp vibration quickly. The feeler (1) is made of a plastic tube reinforced with carbon fibre, it carries the key (4) at one end and, beyond its fastening point consisting of the interchangeable plate (3), it is extended by a balancing rod (6) also made of a plastic tube reinforced with carbon fibre, which is connected to the feeler (1) by a clamping socket in which wedges compress toric rings mounted on the circumference of the rod (6). Main application: coordinate measurement apparatuses, for example for measuring the internal dimensions of motors.

Description

Les palpeurs pour appareils de mesure des coordonnées sont généralement composés d'un fût cylindrique en matière métallique ou céramique, auquel la pièce de forme de touche est fixée. Comme pièce de forme de touche, on utilise principalement des billes de rubis ou des billes faites d'une autre matière dure. Probes for coordinate measuring devices are generally composed of a cylindrical barrel of metallic or ceramic material, to which the key-shaped part is fixed. As a key shape piece, ruby beads or beads made of another hard material are mainly used.

Pour certaines tâches de mesure comme, par exemple les mesures internes dans les carters de moteur, on a besoin de palpeurs particulièrement longs. Ces palpeurs sont relativement lourds, en raison de leur longueur. Etant donné que, d'un autre côté, la masse admissible des palpeurs, permise sur la tête de palpeur d'un appareil de mesure de coordonnées, est limitée à environ 100 grammes, il est nécessaire d'économiser sur le poids en réalisant le fût sous une forme à paroi particulière- ment mince ou dans des matières légères, ou encore de combiner ces deux dispositions. C'est ainsi qu'il est connu, par exemple, de monter des prolongateurs de palpeurs faits de tubes en matière plastique renforcée de fibre de carbone. De tels prolongateurs de palpeurs existent déjà. Particularly long probes are required for certain measurement tasks, such as internal measurements in the motor housings. These feelers are relatively heavy, due to their length. Since, on the other hand, the admissible mass of the probes, permitted on the probe head of a coordinate measuring device, is limited to approximately 100 grams, it is necessary to save on weight by carrying out the was in a form with a particularly thin wall or in light materials, or else to combine these two provisions. This is how it is known, for example, to mount probe extensions made of plastic tubes reinforced with carbon fiber. Such probe extenders already exist.

Dans ces prolongateurs de palpeurs, il se pose toutefois le problème consistant en ce que le palpeur fabriqué à partir de ces prolongateurs entre en vibration au moment où il palpe la pièce ou la quitte. Le temps nécessaire pour l'amortissement de ces oscillations peut durer 10 secondes ou plus. Dans ce temps, le capteur piézo-électrique contenu dans la tête de palpeur qui enregistre le processus de palpage est encore surchargé par la poursuite de la vibration de l'opération de palpage précédente et ne peut donc pas enregistrer l'opéra- tion de palpage suivante. In these probe extenders, however, there is the problem that the probe made from these extenders vibrates when it feels the part or leaves it. The time required for the damping of these oscillations can last 10 seconds or more. During this time, the piezoelectric sensor contained in the probe head which records the probing process is further overloaded by the continuation of the vibration of the previous probing operation and therefore cannot record the probing operation. next.

Le problème qu'il s'agit de résoudre se pose en particulier lorsque le palpeur, de grande longueur et de faible épaisseur est utilisé dans une position de montage horizontale et qu'on a besoin d'un contre-poids pour compenser le moment de basculement du palpeur incliné. The problem to be solved arises in particular when the long, thin probe is used in a horizontal mounting position and a counterweight is required to compensate for the moment of tilting of the inclined probe.

En effet, lorsqu'on fixe le contre-poids par l'intermédiaire d'un bras de levier de grande longueur, les dimen- sions du fût sont encore augmentées et le palpeur est encore plus sujet aux vibrations.When the counterweight is fixed by means of a very long lever arm, the dimensions of the barrel are further increased and the probe is even more subject to vibrations.

Pour résoudre le problème, il a été proposé dans le modèle d'utilité allemand 8 711 221 de fabriquer le fût du palpeur en un tube métallique rempli de mousse. Cette disposition donne certes des résultats utilisables dans le cas de longueurs de palpeurs allant jusqu'à 400 mm mais elle n1 est plus suffisante lorsque la longueur du palpeur devient supérieure à 500 mm et qu'elle doit être, par exemple de 600 mm pour pouvoir résoudre le problème de mesure posé. To solve the problem, it was proposed in the German utility model 8 711 221 to manufacture the probe shaft in a metal tube filled with foam. This arrangement certainly gives usable results in the case of probe lengths up to 400 mm but it is no longer sufficient when the length of the probe becomes greater than 500 mm and that it must be, for example 600 mm in order to be able to solve the measurement problem.

Le but de la présente invention est donc de réaliser un palpeur de grande longueur pour la tête de palpeur d'un appareil de mesure des coordonnées sous une forme telle que, même avec une grande longueur de fût de 5û0 mm ou plus, il présente une tendance à vibrer aussi faible que possible ou telle que les vibrations engendrées lors du palpage s'amortissent aussi rapidement que possible. The object of the present invention is therefore to produce a very long probe for the probe head of a coordinate measuring device in a form such that, even with a long barrel length of 50 mm or more, it has a tendency to vibrate as low as possible or such that vibrations generated during probing absorb as quickly as possible.

Ce problème est résolu par l'intermédiaire d'un palpeur de grande longueur pour la tête de palpeur d'un appareil de mesure des coordonnées, dans lequel une tige d'équilibrage est fixée au palpeur par l'intermédiaire d'un élément de liaison, et l'élément de liaison est une douille de serrage dans laquelle la tige d'équilibrage est serrée au moyen de plusieurs corps intermédiaires possédant l'élasticité du caoutchouc et espacés axialement. This problem is solved by means of a very long probe for the probe head of a coordinate measuring device, in which a balancing rod is fixed to the probe by means of a connecting element. , and the connecting element is a clamping sleeve in which the balancing rod is clamped by means of several intermediate bodies having the elasticity of the rubber and spaced apart axially.

L'avantage de l'invention réside essentiellement dans le fait qu'on peut fabriquer des palpeurs très
légers, en un matériau léger, par exemple à partir de tu bes de matière plastique renforcée de fibre de carbone mais qui sont cependant très bien amortis. Comme élément d'amortissement, on utilise ici une douille de serrage dans laquelle une tige d'équilibrage qui possède à peu près la même longueur que le palpeur proprement dit est serrée au moyen de plusieurs corps intermédiaires possédant l'élasticité du caoutchouc, qui sont espacés axiale ment. Cette douille de serrage, dont la force de serrage est de préférence réglable, a pour effet que les vibrations induites sont amorties en moins de 1 seconde dans le palpeur, même lorsque le palpeur possède une longueur de plus de 600 mm.Comme corps intermédiaires possédant l'élasticité du caoutchouc, on utilise avantageusement des bagues toriques qui serrent la tige d'équilibrage sur sa périphérie extérieure. Dans ce cas, il est parti- culièrement avantageux de pouvoir régler la force de serrage parce qu' on peut ainsi optimiser le comportement d'amortissement de la douille de serrage. A cet effet, la douille de serrage peut renfermer plusieurs coins répartis radialement autour du fût de la tige d'équilibrage, et qui sont réglables dans la position axiale.The advantage of the invention resides essentially in the fact that it is possible to manufacture probes very
light, in a light material, for example from you bes of plastic reinforced with carbon fiber but which are however very well absorbed. As a damping element, a clamping sleeve is used here in which a balancing rod which has approximately the same length as the probe itself is clamped by means of several intermediate bodies having the elasticity of the rubber, which are axially spaced. This clamping sleeve, the clamping force of which is preferably adjustable, has the effect that the induced vibrations are absorbed in less than 1 second in the probe, even when the probe has a length of more than 600 mm. the elasticity of the rubber, it is advantageous to use O-rings which tighten the balancing rod on its outer periphery. In this case, it is particularly advantageous to be able to adjust the clamping force because this can optimize the damping behavior of the clamping sleeve. To this end, the clamping sleeve may contain several corners distributed radially around the barrel of the balancing rod, and which are adjustable in the axial position.

Les figures du dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple, reront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. The figures of the appended drawing, given solely by way of example, will clearly understand how the invention can be implemented.

La figure 1 montre un palpeur selon l'invention avec la douille de serrage et la tige d'équilibrage par une vue de côté ;
la figure 2 montre en partie en élévation et en partie en coupe la douille de serrage (5) de la figure 1 à échelle agrandie ;
la figure 3 montre la douille de serrage (5) de la figure 2 en coupe selon la ligne III-III de la figure 2.Figure 1 shows a probe according to the invention with the clamping sleeve and the balancing rod in a side view;
Figure 2 shows partly in elevation and partly in section the clamping sleeve (5) of Figure 1 on an enlarged scale;
FIG. 3 shows the clamping sleeve (5) of FIG. 2 in section along the line III-III of FIG. 2.

Le palpeur 1 représenté sur la figure 1, qui doit être utilisé dans la position de montage horizontale, est composé d'un tube de matière plastique renforcée de fibre de carbone (CFK) qui peut être fixé à la partie mobile de la tête de palpeur d'un appareil de mesure de coordonnées par l'intermédiaire d'une pièce de liaison 2 fixée perpendiculairement sur ce tube, et du plateau de montage interchangeable 3. Une monture interchangeable à reproduction pour la tête de palpeur d'appareil de mesure de coordonnées est décrite, par exemple dans le document DE-A-3 320 127. The probe 1 shown in Figure 1, which must be used in the horizontal mounting position, consists of a carbon fiber reinforced plastic (CFK) tube which can be attached to the movable part of the probe head of a coordinate measuring device via a connecting piece 2 fixed perpendicularly to this tube, and of the interchangeable mounting plate 3. An interchangeable reproducing mount for the probe head of a coordinate measuring device is described, for example in document DE-A-3 320 127.

A l'extrémité avant, le palpeur 1 porte ce qu'on appelle une touche en toile, composé de cinq billes de saphir montees sur des baguettes en métal dur. At the front end, the probe 1 carries what is called a canvas key, composed of five sapphire beads mounted on hard metal rods.

Cette touche en étoile 4 peut être dévissée du fût du palpeur 1 et remplacée par une autre, qui est adaptée à l'opération de mesure à exécuter.This star key 4 can be unscrewed from the barrel of the probe 1 and replaced by another, which is adapted to the measurement operation to be executed.

Sur le côté qui est à l'opposé de la touche en étoile 4, est prévue une douille de serrage 5 vissée sur l'extrémité du fût du palpeur. L'extrémité d'une tige d'équilibrage U est bloquée par serrage dans cette douille de serrage 5, comme ceci est représenté plus clairement sur les figures 2 et 3. La tige d'équilibrage 6 sert à compenser le couple de basculement qui est exercé sur le plateau interchangeable 3 par le fût 1 du palpeur. A cet effet, cette tige présente à peu près la même longueur, d'environ 600 mm, que le fût du palpeur 1 et elle est elle aussi constitue par un tube de matière plastique renforcée de fibre de carbone. L'ensemble complet, composé du palpeur 1 et de la tige d'équilibrage 6 possède donc une longueur de plus de 1200 mm. Le diamètre est d'environ 18 mm. On the side which is opposite the star key 4, there is provided a clamping sleeve 5 screwed onto the end of the probe shaft. The end of a balancing rod U is locked by clamping in this clamping sleeve 5, as this is shown more clearly in FIGS. 2 and 3. The balancing rod 6 serves to compensate for the tilting torque which is exerted on the interchangeable plate 3 by the barrel 1 of the probe. For this purpose, this rod has approximately the same length, of approximately 600 mm, as the barrel of the probe 1 and it is also constituted by a plastic tube reinforced with carbon fiber. The complete assembly, consisting of the feeler 1 and the balancing rod 6 therefore has a length of more than 1200 mm. The diameter is approximately 18 mm.

La douille de serrage 5 a pour effet qu'en dépit de cette configuration extrêmement longue du palpeur, il ne se produit pas de vibrations gênantes. Cette douille est composée d'un corps de base conique 8 muni d'un perçage intérieur cylindrique. Le palpeur 1 est vissé sur la face frontale du corps de base 8. La tige d'équilibrage 6 est encastrée dans le perçage intérieur et, plus précisément, elle est bloquée dans le perçage intérieur par quatre bagues toriques lla à lld possédant l'élasticité du caoutchouc, qui sont réparties sur la longueur du perçage. Naturellement, il est possible d'utiliser, en remplacement des quatre bagues toriques décrites, un plus grand nombre de bagues toriques.Pour le réglage de la force de serrage, on utilise six coins 9a à 9r en forme de secteur de cercle, qui sont logés dans l'espace intermédiaire entre la surface extérieure conique du corps de base 8 de la douille de serrage 5 et sa bague extérieure cylindrique 7. A cet effet, on peut déplacer les corps de coins 9a à 9f en translation axiale au moyen de vis de réglage 10a à lOf. Les vis de ré- glage 10a à 10f attirent les coins 9a à 9f contre le corps de base 8 qui, de cette façon, déforme plus ou moins fortement les bagues toriques lla à lld et serre ainsi la tige d'équilibrage 6 plus ou moins fortement. The clamping sleeve 5 has the effect that, despite this extremely long configuration of the probe, no annoying vibrations occur. This socket is composed of a conical base body 8 provided with a cylindrical internal bore. The probe 1 is screwed onto the front face of the base body 8. The balancing rod 6 is embedded in the internal bore and, more precisely, it is blocked in the internal bore by four O-rings lla to lld having the elasticity rubber, which are distributed over the length of the hole. It is, of course, possible to use, as a replacement for the four O-rings described, a greater number of O-rings. For the adjustment of the clamping force, six corners 9a to 9r are used in the form of a sector of a circle, which are housed in the intermediate space between the conical outer surface of the base body 8 of the clamping sleeve 5 and its cylindrical outer ring 7. For this purpose, the corner bodies 9a to 9f can be moved in axial translation by means of screws 10a to lOf. The adjustment screws 10a to 10f attract the corners 9a to 9f against the base body 8 which, in this way, more or less strongly deforms the O-rings lla to lld and thus tightens the balancing rod 6 more or less strongly.

Au moyen de ces vis 10a à 10f, on peut optimiser le comportement d'amortissement. Au lieu de serrer la tige d'équilibrage 6 décrite plus haut sur sa circonférence extérieure, on peut aussi serrer la tige creuse en matière plastique renforcée de fibre par l'intérieur au moyen d'un dispositif de serrage approprié.By means of these screws 10a to 10f, the damping behavior can be optimized. Instead of tightening the balancing rod 6 described above on its outer circumference, it is also possible to tighten the hollow rod made of fiber-reinforced plastic from the inside by means of a suitable clamping device.

Dans l'exemple de réalisation décrit, on a pu constater que les vibrations du palpeur induites pendant le palpage étaient entièrement amorties en moins de 0,8 s. Le palpeur décrit est donc bien approprié pour être utilise sur des têtes de palpeurs interchangeables à capteur piézo-électrique. In the example of embodiment described, it has been observed that the vibrations of the probe induced during probing were fully damped in less than 0.8 s. The probe described is therefore very suitable for use on interchangeable probe heads with piezoelectric sensor.

Claims

R E V g N D I C A sr I O N S

1. Very long probe for the head of

probe of a coordinate measuring device, in the

which a balancing rod (ó) is attached to the probe (1)

via a connecting element (5), and

the connecting element (5) is a clamping sleeve in

which the balancing rod (6) is tightened by means of several intermediate bodies (lla to l1d) having

elasticity of the rubber and axially spaced.

2. A probe according to claim 1; character

dried in that the probe shaft (1) is composed of a mate

lightweight construction, preferably of a material

re carbon fiber reinforced plastic (CFK).

3. feeler according to claim 2, character

in that the balancing rod (6) is also

made of lightweight building material.

4. feeler according to claim 1, character

in that the intermediate bodies (lla to lld) will be

retract the balancing rod (6) in line with its outer periphery,

5. feeler according to claim 5, character

so that the intermediate bodies tighten the rod

balancing hollow from the inside.

6. A probe according to claim 5, character

sweated in that the intermediate bodies (ula to ugly) are

O-rings.

7. A probe according to claim 1, character

se in that the clamping force of the clamping sleeve

ge (5) is adjustable.

8. A probe according to claim 7, character

se as provided, for adjusting the force of

clamping in the clamping sleeve (5), several corners

distributed radially around the shaft of the balance rod

brage (6), and movable in the axial direction.

9. A probe according to claim 1, character

in that the touch probe (1) has a length

length of 500 mm or more, preferably 600 mm.