DE2620100B2

DE2620100B2 - Meßeinrichtung mit Taster

Info

Publication number: DE2620100B2
Application number: DE2620100A
Authority: DE
Inventors: David Roberts Wotton- Under-Edge Gloucestershire Mcmurtry (Ver. Koenigreich)
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Renishaw PLC
Priority date: 1975-05-13
Filing date: 1976-05-06
Publication date: 1981-01-22
Also published as: FR2311274A1; DE2620100A1; CH594870A5; US4078314A; GB1551217A; IT1059028B; SE7605229L; JPS51149049A; SE431125B; DE2620100C3; FR2311274B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung mit einem Taster nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Meßeinrichtungen mit einem in mindestens zwei Dimensionen eines rechtwinkligen Koordinatensystems beweglich mit der Halterung verbundenen Taster sind bekannt

Um die Tasterbewegungen in beiden Dimensionen messen zu können, ist es üblich, einen Meßfühler zwischen dem Taster and dem Zwischenglied und einem weiteren Meßfühler zwischen dem Zwischenglied und der Halterung anzuordnen.

Wenn jedoch bei einer solchen Meßeinrichtung, wie dies beispielsweise aus der DE-AS 22 42 355 bekannt ist, die Verbindung zwischen dem Taster und dem Zwischenglied bzw. zwischen dem Zwischenglied und der Halterung derart ausgebildet ist, daß die Tasterbewegung bei einer Auslenkung relativ zum Zwischenglied bzw. zur Halterung notwendigerweise nichtlinear ist, sondern bogenförmig verläuft, nämlich wenn diese Verbindungen beispielsweise durch Blattfederparallelogramme gebildet sind, ist einer in der einen koordinatenrichtung stattfindenden Hauptauslenkung des Tasters notwendigerweise stets eine gewisse Auslenkung in der anderen Koordinatenrichtung überlagert Dabei wird aber nur die Hauptauslenkung durch den einen Meßfühler gemessen, während die überlagerte Auslenkungskomponente vom anderen Meßfühler nicht erfaßv wird, weshalb die wahre Tasterposition in beiden Koordinatenrichtungen relativ zur Halterung nicht bestimmbar ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine ίο Meßeinrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die jeweilige Tasterposition in allen meßbaren Koordinatenrichtungen wahrheitsgetreu erfaßbar ist

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die is im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Anordnung gelöst

Damit wird erreicht, daß bei zusammengesetzten Auslenkungsbewegungen des Tasters stets alle Richtungskomponenten wahrheitsgetreu erfaßt werden, selbst wenn bei der Tasterauslenkung nur eine Relativbewegung zwischen dem Taster und dem Zwischenglied, nicht aber zwischen dem Zwischenglied und der Halterung, oder umgekehrt stattfindet

Aus der DE-AS 24 40 692 ist eine Tasteranordnung einer anderen Bauart bekannt bei welcher der Taster allseitig durch Kippen um ein Kippzentrum auslenkbar ist und am verlängerten Schaftende ein etwa würfelförmiges Klemmklötzchen trägt an welchem den einzelnen Koordinatenrichtungen zugeordnete, in Spulen eintauchende Tauchkerne befestigt sind. Beim Gegenstand dieser Druckschrift wird jedoch von einem Grundprinzip Gebrauch gemacht das mit dem Arbeitsprinzip des Erfindungsgegenstandes keine Gemeinsamkeit hat Der dort beschriebene Taster weist lediglich ebenso wie der Erfindungsgegenstand ebene Flächen auf, die zu den einzelnen Koordinatenrichtungen senkrecht verlaufen. Es handelt sich hierbei jedoch um eine rein äußerliche, funktionsunwichtige Ähnlichkeit.

Bei einer aus der DE-OS 2019 895 bekannten Tasteranordnung mit ebenfalls um ein Kippzentrum

kippauslenkbarem Taster ist mit dem Taster ein

Ferritkern verbunden, der bei Tasterauslenkungen

exzentrisch in einer Ferritspule verlagert wird. Mit der in dieser Druckschrift offenbarten Lehre läßt sich aber das obengenannte Problem nicht lösen, weil mit der dort dargelegten Konstruktion eine kombinierte Erfassung der verschiedenen Auslenkungskomponenten nicht möglich ist

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind so Gegenstand der Unteransprüche.

Zwei Ausführungsbeispiele einer Meßeinrichtung

nach der Erfindung in Form von Meßsonden für eine

Prüfmaschine werden nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen näher beschrieben. In di:n Zeichnungen

zeigt

Fig. 1 eine Ansicht einer Prüfmaschine mit einer Meßeinrichtung nach der Erfindung, F i g. 2 eine Einzelheit der Meßsonde, F i g. 3 eine Schnittansicht der Meßsonde, F i g. 4 einen Querschnitt in der Ebene IV-IV in F i g. 3, Fig.5 eine abgewandelte Ausführungsform einer Meßsonde,

Fig.6 einan Querschnitt längs der Linie VI-VI in F i g. 5 und
F i g. 7 ein Schaltbild.

Zunächst wird mit Bezug auf F i g. 1 ein Anwendungsbeispiel der Meßsonde beschrieben. Die mit U bezeichnete Meßsonde ist mit Hufe von Schütten !2_ä !3

und 14 in den X-, Y- und Z-Richtungen eines rechtwinkligen Koordinatensystems verschiebbar aufgehängt Die Schlittenverschiebungswege werden durch digitale Anzeigeeinrichtungen 12/4, 13Λ und 14Λ angezeigt.

Die Meßsonde 11 weist eine Taster 15 auf, der in einer Halterung bzw. einem Gehäuse 16 derart angeordnet ist, daß er in der X-. der V- und der Z-Richtung relativ zu diesem Gehäuse beweglich ist Der Taster ist durch ein nachstehend noch im einzelnen beschriebenes Federsystern in eine Nullstellung relativ zum Gehäuse vorgespannt

Zur Messung ein?s Werkstückes 10 wird der jeweils erforderliche Schlitten, beispielsweise der Schlitten 13, so lange verschoben, bis das kugelförmige Tasterende 17 eine gewünschte Fläche 18 des Werkstückes berührt Dadurch wird der Taster aus einer Nullstellung herausbewegt wodurch ein Signal erzeugt wird, welcher die dieser Schlittenbewegung zugeordnete Anzeigeeinheit 13/4 stoppt, so daß diese Anzeigeeinheit dann die relative Position der Fläche 18 mit Bezug auf einen vorgegebenen Bezugswert anzeigt Der Schlitten wird natürlich nach dem Kontakt des Tasters mit dem Werkstück entweder automatisch oder durch die Bedienungsperson gestoppt, jedoch läßt sich ein gewisses Überschwingen des Schlittens (siehe Fig.2) nicht vermeiden. In manchen Fällen wird das Werkstück gemessen, indem das Oberschwingen der Meßsonde gemessen und daraus die Schlittenposition beim Anhalten am Ende des Oberschwingungsvorgangs abgeleitet wird. Jedoch kann das Gehäuse 16 fest sein und die Meßsonde unabhängig von den Schlitten 12,13 und 14 selbst als Meßeinrichtung verwendet werden.

Tasteraufhängung

Gemäß den Fig.3 und 4 ist der Taster etwa stabförmig und verläuft zwischen der Kugel 17 und einem über drei Blattfederpaare 22,23 und 24 mit dem Gehäuse 16 verbundenen Teil 20. Die Blattfederpaare sind hintereinandergeschaltet und jeweils in der X- bzw. der K- bzw. der Z-Richtung biegsam. Dazu liegen die Federn 22 in Ebenen, welche die Y- und die Z-Dimension enthalten, die Federn 23 liegen in Ebenen, welche die X- und die Z-Dimension enthalten, und die Federn 24 liegen in Ebenen, weiche die X- und die V-Dimension enthalten. Das Teil 20 und ein Gehäuseteil 16/4 bilden Endglieder der Reihenschaltung der Federpaare.

Zur Erläuterung der Federanordnung sei jede Feder so betrachtet, als habe sie ein freies Ende und ein festes Ende, wobei das feste Ende dasjenige Ende ist, welches innerhalb der Reihenschaltung der Federn das dem Gehäuse 16 näher gelegene Ende ist. Demgemäß weisen die Federn 22 jeweils ein freies, mit dem Teil 20 verbundenes Ende 22/4 und ein festes, mit einem Zwischenglied 21 verbundenes Ende 220 auf, die Federn 23 weisen jeweils ein freies, mit dem Zwischenglied 21 verbundenes Ende 23/4 und ein festes, mit einem weiteren Zwischenglied 25 verbundenes Ende 230 auf, und die Federn 24 weisen jeweils ein freies, mit dem weiteren Zwischenglied 25 verbundenes Ende 24Λ und ein mit dem Gehäuseteil 16/4 verbundenes festes Ende 240 auf.

Zur Herstellung ein*4r kompakten, raumsparenden Anordnung sind die Federn 22,23 und 24 so angeordnet, daß sie an den sechs Seiten eines rechteckigen Kastens liegen. Im einzelnen ist die Anordnung so getroffen, daß Hi« Federn 23 von ihren freien Enden 23/4 aus zu den freien Enden 22/4 der Federn 22 hin ragen und an diese angrenzen, und die Federn 22 und 23 verlaufen in dem Raum zwischen den Federn 24.

Zur Verbindung der Federn 23 und 24 mit dem weiteren Zwischenglied 25 weist dieses einen die festen Enden der Federn 23 miteinander verbindenden Teil 25/4 und einen dazu senkrechten, die freien Enden der Federn 24 miteinander verbindenden TeD 250 auf. Die festen Enden der Federn 24 sind mit dem Gehäuseteil 16/4 verbunden.

Wie dargestellt, liegt das Teil 20, an welchem der Taster befestigt ist, am weitesten innen in dem von den Federn 22, 23 und 24 gebildeten Kasten. Der Zwischengliedteil 25Λ und die diesem benachbarte Feder 24 sind mit öffnungen 28 bzw. 29 versehen, durch welche hindurch der Taster in das Innere des genannten Kastens hineinragt Diese öffnungen sind jedoch nicht nötig, wenn der Taster mit einer Kante des Teils 20 verbunden ist beispielsweise durch Einschrauben in eine Bohrung 30, so daß er in der Ebene der Dimensionen X und Z verläuft.

Die Federn 22,23 und 24 können beispielsweise durch Löten an den Teilen 20 bzw. 21 bzw. 16 befestigt sein.

Meßsystem

Wie bereits erwähnt, spannen die Federn 22, 23 und 24 den Taster in eine Nullstellung vor. Diese Nullstellung ist diejenige Stellung, welche der Mittelpunkt der Kugel 17 unter dem alleinigen Einfluß der Federn und der Schwerkraft einnimmt, d. h, wenn keine äußere Kraft an der Kugel 17 angreift In F i g. 2 ist diese Nullstellung in Vollinien dargestellt. Beim Anstoßen an die Fläche 18 des Werkstückes ergibt sich gemäß der Darstellung in der V-Richtung ein Versatz Vl, die gestrichelt dargestellt ist Infolge der Formänderung der Federn, in diesem Falle der Federn 23, während der Verschiebung Vl tritt unvermeidlich auch eine Sekundärverschiebung Zl in der Z-Richtung auf. Grundsätzlich zieht eine Verschiebung in irgendeiner Dimension eine sekundäre Verschiebung in mindestens einer weiteren Dimension nach sich und eine wahrheitsgetreue Darstellung der koordinatenmäßigen Position der Kugel 17 eifordert, daß alle drei Dimensionen oder gegebenenfalls zwei Dimensionen gleichzeitig gemessen werden.

Das Meßsystem weist gemäß den F i g. 3 und 4 eine Eismasse 40 auf, die über eine Verlängerung 41 derart am Teil 20 befestigt ist, daß sie jede Bewegung des Tasters 15 mitmacht Die Masse 40 ist mit Flächen 42,43 und 44 versehen, welche in die X- bzw. die V- bzw. die Z-Richtung zeigen und jeweils einem Fühler 45 bzw. 46 bzw. 47 zugewandt sind, die an einem Gehäuseteil 160 angeordnet sind Jeder Fühler bzw. Meßwandler enthält eine Induktionsbrücke (F i g. 7), so daß eine Verschiebung der Masse in der jeweils betreffenden Dimension X, Vbzw.Zmeßbarist

Jede Brücke weist Spulen A, B, C und D auf, von denen die Spulen A und 0am Gehäuseteil 160 nahe der jeweils zugeordneten Fläche 42,43 oder 44 angeordnet und über einen Stecker 48 mit dem an einem geeigneten stationären Ort befindlichen übrigen Teil der Brücke verbunden sind. Die Messung beispielsweise einer Verschiebung in der V-Richtung erfolgt dadurch, daß die Bewegung der Kugel 17 den Abstand zwischen der Fläche 43 und den Spulen A und 5 des Wandlers 46 und damit den Abgleich der zugehörigen Brücke A, B₁C, D verändert. Dabei wird nur die Bewegung der Fläche 43 in der V-Rjchtuni? gemessen. Eine Bewecnino in der X-

oder der Z-Richtung beeinflußt den Wandler 46 nicht, da diese letzteren Bewegungen den Abstand zwischen der Fläche 43 und den dieser zugeordneten Spulen A und B nicht verändern. Um diese Bedingung sicherzustellen, sollten die Flächen 42,43 und 44 ausreichend eben sein und sie müssen natürlich senkrecht zur zugeordneten X- bzw. Y- bzw. Z-Dimension verlaufen. Die Brücken sind jeweils mit einer Anzeigeeinheit 49 bzw. 50 bzw. 51 oder mit einem Rechner 52 verbunden, um die Wandlerausgangssignale in Beziehung mit den Positionen der Schlitten 12, 13 und 14 zu setzen. Beim vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel sind die Spulen A und B jeder Brücke beide auf der gleichen Seite der Masse 40 angeordnet

Bei der in den F i g. 5 und 6 dargestellten abgewandelten Ausführungsform sind die Spulen A und B jeder Brücke auf entgegengesetzten Seiten einer Masse 140 angeordnet. Gemäß der Darstellung ist diese Masse würfelförmig und von einer Kammer 116ß umgeben, deren Wände die Spulen A und B der Wandler 45, 46 und 47 an jeweils entgegengesetzten Seiten des Würfels 140 tragen. Mit dem Taster 15 ist der Würfel 140 über einen U-förmigen Winkel 141 verbunden, der einerseits an der Tasterverlängerung 41 und andererseits derart an einer Kante des Würfels befestigt ist, daß er die drei Paare einander gegenüberliegender Würfelflächen nicht beeinträchtigt. Diese Spulenanordnung verbessert die Linearität des Meßergebnisses.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Meßeinrichtung mit einem Taster, der in einer Koordinatenrichtung eines rechtwinkligen Koordinatensystems beweglich mit einem Zwischenglied verbunden ist, das seinerseits in einer weiteren Koordinatenrichtung des Koordinatensystems beweglich mit einer Halterung verbunden ist, gekennzeichnet durch mindestens zwei am Taster (15) gebildete ebene Flächen (42,43,44), die jeweils zu einer der Koordinatenrichtungen (X, Y, Z) des Koordinatensystems senkrecht verlaufen, und durch mindestens zwei Lagefühler (45, 46, 47), die jeweils einer der genannten Flächen zugewandt an der Halterung (16) angeordnet sind.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Taster (15) an einer solchen Stelle mit dem Zwischenglied (21,25) verbunden ist, daß er nach einer Seite von der vom Zwischenglied und den dieses mit dem Taster und der Halterung (16) verbindenden Verbindungsgliedern gebildeten Anordnung wegragt, und daß der Taster eine nach der entgegengesetzten Seite der genannten Anordnung wegragende Verlängerung (41) aufweist, an deren freiem Ende die genannten Flächen (42,43,44) gebildet sind.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Taster (15) über zwei parallele Blattfedern (22) mit dem Zwischenglied (21) und dieses über zwei weitere parallele Blattfedern (23), die senkrecht zu den erstgenannten Blattfedern orientiert sind, mit der Halterung (16) verbunden ist

4. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer Dimension des Koordinatensystems zwei der genannten Flächen zugeordnet shid, die in einander entgegengesetzte Richtungen weisen, und daß der zugeordnete Lagefühler zwei jeweils einer der beiden Flächen zugewandte Fühlerelemente aufweist