Kantentaster: Bauarten, Radiusversatz und Werkstückmitte

Thema: Messtechnik & Qualität

Oft gilt der Kantentaster als Messgerät für die Lage einer Kante. Genau genommen liefert er nur ein Signal an einer Stelle, an der die Spindelachse noch um einen bekannten Betrag vor der Kante steht. Ob daraus ein brauchbarer Werkstücknullpunkt wird, entscheiden Radius und Vorzeichen, der Zustand der Kante und die Achse, deren Anzeige abgelesen wird.

Drei Bauarten und ihr Signal

Beim mechanischen Kantentaster ist der Tastkopf über eine Feder elastisch mit dem Einspannschaft verbunden. Er läuft in der Spindel um und wird langsam an die Kante gefahren. Nach der Beschreibung von Starrett weicht der Kontakt nach der Berührung bei geringer weiterer Bewegung mit deutlichem Taumeln aus der mittigen Lage aus; dieser Moment ist das Signal. Die Hoffmann Group nennt für ein Modell mit 6 mm Tastkopf rund 600 min⁻¹ und eine Ausrichtgenauigkeit von 0,01 mm.

Elektronische Kantentaster melden die Berührung über einen Stromkreis. Bei einem 3D-Kantentaster der Hoffmann Group bringen Batterien eine Lampe zum Leuchten, sobald die federnd gelagerte Tastkugel mit 10 mm Durchmesser ein metallisches Werkstück berührt. 3D-Taster mit Zeigeranzeige wie der Universal 3D-Sensor von HAIMER erfassen dagegen die Auslenkung der Tastkugel und zeigen sie mit Vorzeichen an.

Was im Schaltmoment gemessen wird

Im Schaltmoment eines mechanischen oder elektronischen Tasters steht die Spindelachse um den halben Tastdurchmesser vor der Kante; so beschreibt es auch Starrett. Wird von der negativen Seite in +X angetastet, liegt die Kante beim Anzeigewert plus Radius, von der positiven Seite her beim Anzeigewert minus Radius. Ein vergessener Radius verschiebt den Nullpunkt um r, ein falsches Vorzeichen um den ganzen Durchmesser.

Der HAIMER-Sensor arbeitet anders: Mit dem kurzen Tasteinsatz und 4 mm Kugel steht die Achse bei der ersten Berührung noch 2 mm vor der Kante. Beim weiteren Zustellen läuft der Zeiger auf null; dann steht die Spindelachse genau über der Kante, und die Maschinenachse kann ohne Rechnung genullt werden. Laut Anleitung stehen Spindel und Kühlschmierstoff beim Messen still. Für das Antasten in Z verlangt der Hoffmann-Taster mit Leuchtanzeige eine im Voreinstellgerät ermittelte Bezugslänge.

Welcher Nullpunkt mit dem Ergebnis gesetzt wird, ordnet der Beitrag zum Koordinatensystem mit Maschinenbezug und Werkstücknullpunkt ein. Den Maschinennullpunkt stellt davon unabhängig die Referenzfahrt her.

Eigenes Rechenbeispiel: zwei Kanten und die Mitte

Wir nehmen einen mechanischen Kantentaster mit 6 mm Tastkopf an, also r = 3,00 mm. Die linke Werkstückseite wird in +X angetastet; beim Ausweichen zeigt die Maschine X = 112,40 mm. Die Kante liegt damit bei 112,40 mm + 3,00 mm = 115,40 mm. Die rechte Seite wird in −X angetastet, Anzeige 196,62 mm, Kante 196,62 mm − 3,00 mm = 193,62 mm.

Die Mitte folgt direkt aus den beiden Anzeigewerten: (112,40 mm + 196,62 mm) / 2 = 154,51 mm. Der Radius fällt heraus, weil er einmal addiert und einmal abgezogen wird. Die rechnerische Breite von 193,62 mm − 115,40 mm = 78,22 mm ist dagegen kein Prüfmaß, denn Schaltpunkt, Umkehrspiel der Achse und Grat an den Kanten gehen in sie ein. Nach demselben Prinzip zentriert die HAIMER-Anleitung Bohrungen und Wellen: Weg zwischen zwei gegenüberliegenden Antastpunkten halbieren, danach quer dazu wiederholen.

Typische Fehler und Grenzen

Der Taster meldet die am weitesten vorstehende Stelle, nicht die gemeinte Bezugsfläche. Grat, Späne, Sägeriefen oder eine schräge Rohteilkante verlagern den Schaltpunkt. Ist die Kante dafür zu schlecht, wird zuerst eine Bezugsfläche gefräst oder das Teil an einem festen Anschlag im Schraubstock beim CNC-Fräsen ausgerichtet. Wiederholte Antastungen derselben Kante erfolgen langsam und aus derselben Richtung, damit Umkehrspiel und Anfahrgeschwindigkeit nicht als Streuung erscheinen.

Taster mit Leuchtanzeige brauchen nach dem Hoffmann-Datenblatt ein metallisches Werkstück. Kunststoff und Holz scheiden damit aus, und isolierende Oberflächen wie Eloxal können das Signal verhindern. Die HAIMER-Anleitung nennt als Fehlerquellen ein Verdrehen des Sensors beim Anfahren, das Entlanggleiten der Kugel an einer Kante und fehlenden Rundlauf nach dem Einspannen oder einem Einsatzwechsel. Bis 4 mm Überfahren nimmt der Sensor keinen Schaden; darüber bricht eine keramische Sollbruchstelle im Tasteinsatz.

Wird statt eines Tasters mit dem laufenden Fräser angekratzt, zählt dessen wirksamer Durchmesser, den der Beitrag zum Flugkreis beim Fräser erklärt.

Taster am Eingang der CNC-Steuerung

Ein schaltender Taster kann auch an den Tastereingang der Steuerung angeschlossen werden. LinuxCNC fährt mit G38.2 geradlinig mit dem aktuellen Vorschub, bis der Eingang schaltet oder der programmierte Punkt erreicht ist. Die Schaltposition steht danach in den Parametern #5061 bis #5069, bezogen auf das aktuelle Werkstückkoordinatensystem; #5070 ist 1 bei Erfolg und 0 bei Misserfolg. Der Kontrollpunkt soll im Mittelpunkt der Tastkugel liegen. Bis zur Kante fehlt also weiterhin der Kugelradius, den das Messprogramm berücksichtigen muss.

Bei aktiver Werkzeugradiuskorrektur oder Vorschub null lehnt LinuxCNC den Befehl ab. Die Achse stoppt innerhalb ihrer Beschleunigungsgrenzen und damit hinter dem Schaltpunkt; warum dieser Unterschied zählt, behandelt der Beitrag zum fliegenden Messen. Ob ein Kantentaster mit Lampe an einen bestimmten Eingang passt, legen Signalart und Steuerung fest. Für die selbst auf CNC umgerüstete Optimum BF 20 dieser Website wird damit kein bestimmter Taster und kein Tastereingang behauptet.

Prüfliste vor dem Nullpunktsetzen

• Bauart zur Aufgabe wählen: metallisches Werkstück für die Leuchtanzeige, Drehzahl nach Herstellerangabe für den mechanischen Taster, stehende Spindel für den 3D-Taster.
• Tastdurchmesser am Gerät ablesen und den Radius je Antastrichtung mit Vorzeichen notieren.
• Kanten entgraten und reinigen; eine Rohteilkante nicht als Bezug nehmen, wenn die Zeichnung eine bearbeitete Fläche meint.
• Langsam und senkrecht zur Fläche anfahren.
• 3D-Taster nach dem Einspannen und nach jedem Einsatzwechsel auf Rundlauf einstellen.
• Den gesetzten Nullpunkt durch eine zweite Antastung oder einen Programmtest mit Einrichtkontrolle bestätigen, bevor zerspant wird.