JP7316148B2

JP7316148B2 - タッチプローブシステム

Info

Publication number: JP7316148B2
Application number: JP2019150157A
Authority: JP
Inventors: ラインホルト・ショップ; トーマス・スクロール
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 2018-08-22
Filing date: 2019-08-20
Publication date: 2023-07-27
Anticipated expiration: 2039-08-20
Also published as: JP2020030210A; DE102019208617A1; EP3614096A1; EP3614096B1

Description

本発明は、請求項１に記載のケーシングとベースとを含むタッチプローブに関する。

このようなタッチプローブシステム、特にベースは、工作機械のテーブルに持続的に固定され、工作機械の工具を測定するために使用されることが多い。テストルーチンの実行時に、例えば工作機械のスピンドル内にクランプされた工具は、タッチプローブシステムのタッチプレートに対して移動される。この場合、回転状態で工具を測定することもできる。

工具によるタッチプレートの接触が起こるとすぐに、切換信号が、例えば工作機械の数値制御装置に送信される。一般に、工具もしくはスピンドル軸線の実際位置は、工作機械の位置測定装置によって常に決定されるので、工具の現在の実際半径を計算することができる。必要に応じて、数値制御装置における補正をその後の加工プロセスのために考慮することができる。

偏向が極めて小さい場合にも切換信号が生成されるように、タッチプローブシステム内には光学測定装置などの測定装置が設けられている。スタイラスを介して、タッチプレートの偏向が測定装置に機械的に伝達される。

例えば、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００９０３１３２３号明細書は、アダプタ手段が工作機械に取り付けられるタッチプローブを記載している。磁気手段を用いて測定用タッチプローブをアダプタ手段に位置決めすることができる。繰返し正確に位置決めするためには、位置決め面が半球状の端部を有していることが望ましいことを提案している。

しかしながら、このような構成は位置決め精度に関して欠点を有している。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００９０３１３２３号明細書

本発明の基礎をなす課題は、とりわけ、ケーシングとベースとを有するタッチプローブシステムを提供することであり、ケーシングをベースに対して、磁石によって再現可能に、極めて位置決め精度良く、もしくは繰返し正確に組み合わせることができる。

この課題は、請求項１の特徴を有するタッチプローブシステムによって解決される。

したがって、タッチプローブシステムはケーシングとベースとを備え、ケーシングは第１の位置決め面を有し、ベースは第２の位置決め面を有する。さらにケーシングおよび／またはベースは磁石を有する。したがって磁場が生じる。タッチプローブシステムは、第１の位置決め面が第１の方向にずらして第２の位置決め面に向かい合って配置可能であるように構成されている。この配置では、ケーシングおよびベースは、磁界によって生成される力によって一緒に保持される。この場合：
ａ）第１の位置決め面に３つの円錐体が配置されており、これらの円錐体の軸線が第１の方向に互いに平行に配向されており、さらに第２の位置決め面に６つの円筒体が配置されており、これらの円筒体の軸線が第１の方向に直交して配向されているか、または
ｂ）３つの円錐体が第２の位置決め面に配置されており、これらの円錐体の軸線が第１の方向に互いに平行に配向されており、さらに第１の位置決め面に６つの円筒体が配置されており、これらの円筒体の軸線が第１の方向に直交して配向されているかのいずれかである。

さらに第１および第２の位置決め面を互いに対して正確に、再現可能に、もしくは繰返し正確に組み合わせ可能であるように円筒体を円錐体に接触させることができる。

特に、第１の位置決め面が第１の方向にずらして第２の位置決め面に向かい合って位置決めされており、ケーシングとベースとが磁界によって生成される力によって一緒に保持される構成において円筒体が円錐体に接触している。

円錐体という概念は、以下では、コーンもしくは円錐または円錐台として形成されている本体として理解されるべきである。特に、円錐は、真っ直ぐな円錐として形成されていてもよい。円錐体の表面の少なくとも一部が円錐面として形成されており、この円錐面を円筒体の表面と接触させることができることが重要である。したがって、円錐体と円筒体との間にそれぞれ点接触が存在する。特に、それぞれの円錐面の対称軸線を円錐体の軸線と理解することができる。

有利には、タッチプローブシステムは、ケーシングに対して偏向可能に支持されたスタイラスを有し、スタイラスが偏向された場合には、センサユニットによって電気信号がトリガ可能である。

本発明の別の実施形態では、円筒体はピンとして構成されている。

有利には、円筒体は、ケーシングの孔またはベースの孔のいずれかに固定されており、円筒体は、孔から部分的に突出することができる。

本発明の別の実施形態によれば、円筒体は対で互いに対して平行に配置されており、したがって、３対の円筒体が設けられており、円筒体はそれぞれ互いに対して平行に配置されている。特に、６つの円筒体はそれぞれ長手方向に軸線、特に対称軸線を有し、これらの軸線は第１の方向ｚに直交して配向されている。

有利には、円錐体は円錐台状に構成されている。

本発明の別の実施形態では、円錐体は、特に、ケーシングの孔またはベースの孔に圧入嵌めによって固定されているか、または螺子によって固定されている。

有利には、ケーシングは磁石を有し、ベースは少なくとも部分的に磁性材料により作製されている。

代替的には、ベースは磁石を有していてもよく、この場合、ケーシングは少なくとも部分的に磁性材料から作製されてもよい。

適切な磁性材料として、特に、強磁性材料、例えば、比較的高い鉄含有量を有する材料が考慮される。

もちろん、ケーシングおよびベースの両方が磁石を有していてもよい。

有利な構成によれば、ケーシングは、機械的コーディングのための第１の手段を有し、ベースは、機械的コーディングのための第２の手段を有し、これによりケーシングとベースとは、定められた相対位置でのみ互いに組み合わせ可能である。特に、ケーシングとベースとは、長手方向軸線に対して定められた角度位置でのみ機械的コーディングによって組み合わせることができる。

本発明の有利な実施形態が従属請求項に記載されている。

本発明によるタッチプローブシステムのさらなる詳細および利点が以下の実施形態の説明により明らかになる。

ケーシングおよびベースを含むタッチプローブシステムの斜視図である。タッチプローブシステムの別の斜視図である。タッチプローブシステムのケーシングの下面図である。ベースを取り付ける場合のベースの斜視図である。ベースの斜視図である。タッチプローブシステムのベースの上面図である。ベースとケーシングとが組み合わされた状態のタッチプローブシステムの別の斜視図である。

実施形態の説明
図１は、ケーシング１およびベース２を含むタッチプローブシステムを示す。

長手方向軸線Ａを有するケーシング１からスタイラス３が突出し、スタイラス３の長手方向軸線は、停止状態または停止位置においてケーシング１の長手方向軸線Ａと一致する。スタイラス３の一端にはタッチプレート３．１が固定されている。ケーシング１の反対側の端部またはケーシング１の底部には、図３に示すように第１の位置決め面１．１が設けられている。これらの位置決め面１．１には切欠き１．５が設けられている。さらに、ケーシング１の凹部１．５の領域には孔が設けられており、これらの孔内には、それぞれ１つの円筒体１．２が固定されている。したがって、切欠き１．５の領域には、ここでは硬質金属からなるピンとして形成された２つの円筒体１．２がそれぞれ取り付けられている。これらの円筒体１．２は、提示した実施形態では対で互いに平行に配置されている。６つの円筒体１．２は、それぞれ長手方向に軸線Ｂ（対称軸線）を有する。６つの円筒体１．２の軸線Ｂは、第１の方向ｚに直交して配向されている。図示の実施形態では、ケーシング１の長手方向軸線Ａは、第１の方向ｚに配向されている。

対の円筒体１．２の間の、中央に延在する線は、それぞれ周方向に角度ａ＝１２０°だけずらして配置されている。これらの線は、ケーシング１の長手方向軸線Ａに交点を有する。

ケーシング１もしくは第１の位置決め面１．１の中央には、磁石１．４、ここでは永久磁石が配置されており、ケーシング１の長手方向軸線Ａはこの磁石１．４と交差する。

さらに、第１の位置決め面１．１は、機械的コーディングのための第１の手段１．３としての役割を果たす切欠きを有する。これについては以下でより詳細に説明する。

図４～図６を参照してプローブシステムのベース２について説明する。磁性材料からなるベース２は、第２の位置決め面２．１を有する。図４に示すように、ベース２を取り付ける場合のベース２の図を示しており、円錐体２．２にはボルト２．２１が一体成形されている。ボルト２．２１は孔２．１１に圧入される。このために、ボルト２．２１および孔２．１１は、中間ばめもしくはプレスばめが生じる寸法に作製されている。

提示した実施形態では、３つの円錐体２．２がこのようにベース２に結合されており、これにより円錐体２．２は表面もしくは第２の位置決め面２．１に当接する。特に円錐体２．２の底面は第２の位置決め面２．１に接触している。円錐体２．２は、ここでは硬質金属によって作製されている。円錐体２．２は、円錐台もしくは円錐部分に対応する幾何学形状を有し、当然ながら、それぞれの円錐台もしくはそれぞれの円錐体２．２は、軸線Ｃ（円錐面の対称軸線）を有する。３つの円錐体２．２の軸線Ｃは互いに平行に配置され、第１の方向ｚに配向されている。

さらに、ベース２には螺子がねじ込まれており、これらの螺子は、機械的コーディングのための第２の手段２．３であり、機械的コーディングのための上述の第１の手段１．３と協働して、ケーシング１とベース２とが、特に長手方向軸線Ａに関して定められた相対位置においてのみ互いに組み合わせ可能となるために使用される。

ベース２は、工作機械のテーブルに固定することができる。測定タスクが保留されるとすぐに、工作機械の操作員は、スタイラス３を備えるケーシング１をベース２に配置することができる。このプロセスにおいて、機械的コーディングのための第２の手段２．３（ここでは螺子のヘッド）が機械的コーディングのための第１の手段１．３（ここでは切欠き）に潜り込み、この構造によって、ベース２とケーシング１との間で長手方向軸線Ａを中心とした常に同じ相対角度方向を保証することができる。したがって、磁石１．４によって磁界が生じ、図７に示すように第１の位置決め面１．１と第２の位置決め面２．１とが向かい合って配置されている場合には、ケーシング１とベース２とは、磁界によって生成される力によって共に保持される。換言すれば、ケーシング１は、磁気的なベース２に対する磁石１．４の吸引力によってベース２に固定されている。さらに本発明により、ケーシング１がベース２に対して極めて正確な位置へ移動することが保証される。この状況では、第１の位置決め面１．１は、第１の方向ｚにずらして第２の位置決め面２．１に向かい合っている。この場合、ケーシング１とベース２とは６点で接触している。

工作機械は、テーブルに対して可動な工具を有し、この工具は、例えば工作機械のスピンドル内にクランプされている。工作機械を制御することによって工具の実際値を考慮に入れることができるように、工具は回転状態で規則的な間隔をおいて測定される。したがって、例えば、ワークピースを加工する場合に必要となるスピンドルの軸線の位置を検出する場合に工具の摩耗を補正することができる。

スタイラス３は、ケーシング１の中央に偏向可能に支持されている。タッチプレート３．１が、接近している測定したい工具によって接触されるとすぐに、ケーシング１の内部のセンサは対応する信号を生成する。信号はさらに処理され、所定の基準を満たすと、電気的な切換信号が生成される。切換信号は、最終的に、例えば工具の位置が決定される工作機械の制御装置内などの電子機器に伝送され、同時に工作機械が停止される。

工具が当接位置から移動された場合には、スタイラス３は再び停止位置に戻る。

ケーシング１は、スタイラス３と共に、例えば、測定が行われた後に工作機械の加工スペースから取り外すことができ、ベース２は工作機械のテーブルに留まる。本発明によって、ケーシング１をスタイラス３と共に後に再びベース２に正確に配置することができ、特に、第１および第２の位置決め面１．１，２．１を互いに正確に、再現可能に組み合わせることができる。

１ケーシング
１．１第１の位置決め面
１．２円筒体
１．３第１の手段
１．４磁石
２ベース
２．１第２の位置決め面
２．２円錐体
２．１１孔
２．２円錐体
２．３第２の手段
３スタイラス
３．１タッチプレート
Ｂ軸線
Ｃ軸線
ｚ第１の方向

Claims

スタイラス（３）を備えたケーシング（１）とベース（２）とを含むタッチプローブシステムであって、
ケーシング（１）が第１の位置決め面（１．１）を有し、ベース（２）が第２の位置決め面（２．１）を有し、
ケーシング（１）および／またはベース（２）が磁石（１．４）を有し、これにより磁場が生じ、
スタイラス（３）は、ケーシング（１）に対して偏向可能に支持されており、該スタイラス（３）が偏向された場合に、センサユニットによって電気信号がトリガ可能であり、
ベース（２）は、工作機械のテーブルに固定可能であり、スタイラス（３）を備えたケーシング（１）は、ベース（２）に配置可能であり、
タッチプローブシステムが、第１の位置決め面（１．１）が第１の方向（ｚ）にずらした状態で第２の位置決め面（２．１）に向かい合って配置可能であるように構成されており、この配置で、ケーシング（１）およびベース（２）が、磁界によって生成される力によって一緒に保持されるタッチプローブシステムにおいて、
第１の位置決め面（１．１）に３つの円錐体（２．２）が配置されており、該円錐体の軸線（Ｃ）が第１の方向（ｚ）に平行に配向されており、
第２の位置決め面（２．１）に６つの円筒体（１．２）が配置されており、該円筒体の軸線（Ｂ）が第１の方向（ｚ）に直交して配向されているか；または
第２の位置決め面（２．１）に３つの円錐体（２．２）が配置されており、該円錐体の軸線（Ｃ）が第１の方向（ｚ）に平行に配向されており、
第１の位置決め面（１．１）に６つの円筒体（１．２）が配置されており、該円筒体の軸線（Ｂ）が第１の方向（ｚ）に直交して配向されており、
第１の位置決め面（１．１）および第２の位置決め面（２．１）が互いに対して正確に、再現可能に組み合わせ可能であるように、円筒体（１．２）を円錐体（２．２）に接触させることができ、
測定が実行された後、ベース（２）が工作機械のテーブル上に留まっている間にケーシング（１）がスタイラス（３）と共に工作機械の加工スペースから取り外し可能であり、後にケーシング（１）をスタイラス（３）と共に再びベース（２）に正確に配置することができるように、前記タッチプローブシステムが構成されることを特徴とするタッチプローブシステム。
請求項１に記載のタッチプローブシステムにおいて、
前記円筒体（１．２）がピンとして構成されているタッチプローブシステム。
請求項２に記載のタッチプローブシステムにおいて、
前記円筒体（１．２）が、前記ケーシング（１）の孔または前記ベース（２）の孔のいずれかに固定されているタッチプローブシステム。
請求項１から３までのいずれか１項に記載のタッチプローブシステムにおいて、
前記円筒体（１．２）が対で互いに対して平行に配置されているタッチプローブシステム。
請求項１から４までのいずれか１項に記載のタッチプローブシステムにおいて、
前記円錐体（２．２）が円錐台状に構成されているタッチプローブシステム。
請求項１から５までのいずれか１項に記載のタッチプローブシステムにおいて、
前記円錐体（２．２）が、ケーシング（２）の孔またはベース（２）の孔（２．１１）に固定されているタッチプローブシステム。
請求項１から６までのいずれか１項に記載のタッチプローブシステムにおいて、
前記ケーシング（１）が前記磁石（１．４）を有し、前記ベース（２）が少なくとも部分的に磁性材料により作製されているタッチプローブシステム。
請求項１から７までのいずれか１項に記載のタッチプローブシステムにおいて、
前記ベース（２）が前記磁石（１．４）を有し、前記ケーシング（１）が少なくとも部分的に磁性材料から作製されているタッチプローブシステム。
請求項１から８までのいずれか１項に記載のタッチプローブシステムにおいて、
前記ケーシング（１）が、切欠きとして構成された、機械的コーディングのための第１の手段（１．３）を有し、前記ベース（２）が、螺子として構成された、機械的コーディングのための第２の手段（２．３）を有し、これによりケーシング（１）とベース（２）とが、定められた相対位置でのみ互いに組み合わせ可能であるタッチプローブシステム。