Längenmessgerät mit vertikal verschiebbarer Messpinole
Die Erfindung betrifft ein Längenmessgerät, das eine vertikal verschiebbare, motorisch angetriebene Messpinole, ein Ausgleichsgewicht und eine Dämpfungseinrichtung enthält.
Bei den bekanten Messgeräten dieser Art läuft die zum Einbringen eines Prüflings angehobene Messpinole unter der Wirkung der Schwerkraft oder durch motorischen Antrieb auf das zu messende Werkstück auf. Durch die dabei auftretenden dynamischen Stoss- kräfte werden Schweinungen der Messpinole und des Ausgleichsgewichts verursacht, die die Iesssicherheit in nachteiliger Weise beeinträchtigen.
Zur Beseitigung dieses Nachteiles ist bei einer bekannten Ausführung eines derartigen Messgerätes eine Dämpfungseinrichtung vorgesehen, bei der das Ausgleichsgewicht aus einem mit Luft gefüllten Zylinder besteht, in dem ein Kolben gleitet, dem eine Feder parallel geschaltet ist. Diese Dämpfungseinrichwug soll einerseits das Zurückschnellen der Pinole nach dem Aufsetzen auf den Prüfling und andererseits die Schwingungen des Gewichtes dadurch verhinderm, dass die für sich nicht ausreichende Luftdärnpfung durch die Wirkung der parallel geschalteten Feder infolge der grösseren Relativbewegung verstärkt wird.
Zur Vergrösserung der Dämpfungswirkung kann zwischen dem Gewicht und der Dämpfungseinrichtung eine weitere Feder nachgeschaltet sein, die jedoch kleine Schwingbewegungen des Gewichtes nicht verhindern kann.
Zur Dämpfung der Abwärtsbewegung der Messpi- nole kann bei der bekannten Ausführung zwischen dem Gewicht und der Pinole eine weitere Luftdämpfung vorgesehen sein. Bei einer motorischen Abwärtsbewegung der Pinole kann diese zusätzliche Luftdämri- fung entfallen, sofern der Antrieb mit Schlupf oder über eine Klinke erfolgt.
Dieses bekante Messgerät besitzt den Nachteil, dass es infolge der Vielfalt der Teile und infolge der erforderlichen hohen Fertigungsgenauigkeit der zur Luftdämpfung dienenden Teile sehr kompliziert und teuer ist. Ausserdem ist durch die nicht völlig verhinderbaren Schwingungen des Ausgleichsgewichts eine nachteilige Beeinflussung der Messicherheit nicht ausgeschlossen.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Längenmessgerät der genannten Art zu schaffen, bei dem die nachteilige Auswirkung der beim Aufsetzen der Messpinole auf einen Prüfling verursachten Schwingungen durch eine einfache und billig herstellbare Brems- und Dämpfungseinrichtung weitgehend verringert und die die Genauigkeit der Messergebnisse nachteilig beeinträchtigende Messunsicherheit auf ein Mindestmass eingeschränkt sind.
Die Erfindung ist dabei von der Erkenntnis ausgegangen, dass die Messunsicherheit erheblich verringert werden kann, wenn der Streubereich der durch Reibung und Federung bedingten Endlagen des Messorgans herabgesetzt wird. Eine Einengung dieses Streubereiches ist jedoch nur möglich, wenn die durch die dynamische Stosskraft der Messpinole verursachten Schwingungen durch Ausschaltung der subjektiv beeinflussbaren Faktoren weitgehend herabgemindert und die Auswirkungen der noch verbleibenden Restschwingungen verhindert werden.
Die Beseitigung der subjek- tiv beeinflussbaren Faktoren kann in bekannter Weise durch eine ausreichende Automatisierung, beispielsweise mit Hilfe einer motorisch bewegbaren Messpi- nole erfolgen, während die Auswirltung der Restschwingungen dadurch verhindert werden können, dass die statische Messkraft allmählich zur Wirkung gelangen und erst nach Beendigung des Ausschwingungsvorganges den vollen Wert erreicht.
Eine befriedigende Lösung der gestellten Aufgabe ergibt sich, wenn die Messpinole mit dem Ausgleichsgewicht durch ein federndes Hebelsystem verbunden ist. Erfindungsgemäss besteht das Hebelsystem aus einem an einem Doppelhe'Del gelagerten Einfachhebel, dessen freies Ende an der ? Messpinole angreift und des- sen Hebel arm über eine Feder mit dem der 4esspinole zugekehrten Schenkel des Doppelhebels zusammen wirkt, dessen anderer Schenkel das verstellbar angeordnete Ausgleichsgewicht trägt, das von einem in seiner Drehzahl regulierbaren und in seiner Drehrichtung umkehrbaren Antreibsmotor über ein elastisches Band bewegbar ist.
Vorteilhaft ist es, wenn das mit seinem einen Ende an dem vorzugsweise zylindrisch ausgebildeten Ausgleichsgewicht befestigte elastische Band mit seinem anderen Ende auf einer lose drehbaren Mitnehmerscheibe auf- und abwickelbar ist, die mit einer gleichachsig angeordneten Antreibsscheibe kuppelbar ist, an der der Antriebsmotor beispielsweise über ein an sich bekanntes Regelgetriebe angreift.
Vortilhaft ist es schliesslich, wenn die Mitnehmerscheibe und die Antriebsscheibe einander zugeordnete, mit elektrischen Kontakten versehene Anschlagstifte besitzen, die nach dem Aufsetzen der Messpinole auf einen Prüfling die selbsttätige Abschaltung des Antriebsmotors bewirken.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung ist in der Zeichnung eine beispielsweise Ausführung des Erfindungsgegenstandes schematisch in axonometrischer Ansicht dargestellt.
Auf einem Grundkörper 1, der einen Messtisch 2 trägt, ist ein vertikaler Ständer 3 angeordnet, dessen seitliche Schutzblech-Abdeckung abgenommen zu denken ist. Der Ständer 3 ist mit einer Führungsbahn 4 versehen, an der ein Schlittenkörper 5 verschiebbar und feststellbar gelagert ist. An dem Schlittenkörper 5 ist ein Gehäuseteil 6 befestigt, dessen vordere Seitenwand abgeschraubt ist. In dem Gehäuseteil 6 ist auf Rollen 7 eine Messpinole 8 gleitend gelagert, in deren Achse ein Glasmasstab 9 eingebaut ist. Zur Ablesung des Glasmasstabes 9 ist eine in der Zeichnung nicht dargestellte optische Einrichtung vorgesehen, die in einem an dem Gehäuseteil 6 befestigten Gehäuseteil 10 angeordnet ist.
Das Gehäuseteil 6 ist mit einer durch den Schlittenkörper 5 hindurchreichenden Öffnung 11 versehen, die über eine durch die Führungsbahn 4 hindurchreichende Ausnehmung 12 mit dem Inneren des hohlen Ständers 3 in Verbindung steht. Auf einer in den Seitenwänden des Schlittenkörpers 5 gelagerten Schwenkachse 13 ist ein Doppelhebel 14 angeordnet, dessen einer Schenkel durch die Öffnung 11 in das Innere des Gehäuseteils 6 und dessen anderer Schenkel durch die Ausnehmung 12 in das Innere des Ständers 3 hineinragen. An dem einen der Messpinole 8 zugekehrten Schenkel des Doppelhebels 14 ist auf einem Zapfen 15 ein Einfachhebel 16 schwenkbar gelagert, der unter der Wirkung einer Schraubenfeder 17 steht und dessen freies Ende über eine Rolle 18 und einen Stützbolzen 19 an der Messpinole 8 angreift.
An dem anderen Schenkel des Doppelhebels 14 ist ein Ausgleichsgewicht 20 verstellbar gelagert, das über ein elastisches Band 21 mit einer Mitnehmerscheibe 22 in Verbindung steht. Die lose drehbar angeordnete Mitnehmerscheibe 22 ist mit einer gleichachsig angeordneten Antriebsscheibe 23 über einander zugeordnete Anschlagstifte 24; 25 kuppelbar, die mit elektrischen Kontakten versehen sind. Die Antriebsscheibe 23 ist von einem in seiner Drehzahl regelbaren und in seiner Dreh richtung umkehrbaren Antriebsmotor 26 bewegbar, der mit Hilfe eines durch die Ausnehmung 12 hin- durchragenden Trägers 27 an dem Schlittenkörper 5 befestigt ist.
Die Messpinole 8 ist zur Vermeidung von Beschädigungen mit einer einstellbaren Schaltstange 28 versehen, die beim Erreichen einer bestimmten Hubhöhe einen am Gehäuseteil 6 angeordneten Endschalter 29 betätigt, der die selbsttätige Abschaltung des Antriebsmotors 26 bewirkt. Zur Erzeugung der vorgeschriebenen statischen Messkraft dienen austauschbare zylindrische Messkraft-Gewichte 30, die in eine entsprechende Bohrung der Messpinole 8 einschiebbar sind.
Vor dem Beginn des eigentlichen Messvorganges wird zunächst die mit dem Messkraftgewicht 30 belastete Messpinole 8 durch den Antriebsmotor 26 so weit angehoben, bis genügend Platz zum gefahrlosen Einbringen eines Prüflings auf den Messtisch 2 vorhanden ist. Die Hubbewegung der Messpinole 8 erfolgt von dem Antriebsmotor 26 über ein nicht dargestelltes Regelgetriebe und die Antriebsscheibe 23, die über die Anschlagstifte 24 und 25 die Mitnehmerscheibe 22 im Uhrzeigersinn dreht. Dabei wird durch das sich auf der Mitnehmerscheibe 22 aufwickelnde elastische Band 21 das Ausgleichsgewicht 20 gesenkt und über den Doppelhebel 14 und den Einfachhebel 16 die Messpinole 8 angehoben. Bei dem Erreichen der eingestellten Hubhöhe wird der Antriebsmotor 26 durch den von der Schaltstange 28 betätigten Endschalter 29 selbsttätig stillgelegt.
In dieser angehobenen Lage befindet sich die Messpinole 8 mit dem Messkraftgewicht 30 und das Ausgleichsgewicht 20 mit dem gespannten elastischen Band 21 im Gleichgewicht. Die Spannung des elastischen Bandes 21 entspricht etwa der durch das Messkraftgewicht 30 ausgeübten Messkraft, mit der die zwischen dem Einfachhebel 16 und dem Doppelhebel 14 vorgesehene Schraubenfeder 17 zusätzlich belastet ist.
Nach dem Auflegen des Prüflings auf den Messtisch 2 wird zur Einleitung des Messvorganges die Drehrichtung des Antriebsmotors 26 umgekehrt, so dass sich die Antriebsscheibe 23 nunmehr entgegen dem Uhrzeigersinn dreht. Die durch das Messkraftgewicht 30 belastete Messpinole 8 wird infolge des Über- gewichtes abwärts bewegt und hebt dabei das Ausgleichsgewicht 20 über das federnde Hebelsystem 14; 16 und 17, so dass die Mitnehmerscheibe 22 durch das sich abwickelnde Band 21 ebenfalls entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird. Zur Verringerung der dynamischen Stosskraft bei der durch die Schwerkraft bewirkten Abwärtsbewegung der Messpinole ist die Drehzahl des Antriebsmotors 26 so weit herabsetzbar, dass der Motor als Bremse wirkt und die einander zugeordneten Anschlagstifte 24 und 25 der Antriebsscheibe 23 und der Mitnehmerscheibe 22 aneinanderliegen.
Durch diese Bremswirkung des Antriebsmotors 26 wird die Abwärtsbewegung der Messpinole 8 so verlangsamt, dass das Aufsetzen auf den Prüfling fast ohne einen merkbaren Stoss erfolgt. Die entsprechende Drehzahlregulierung des Antriebsmotors 26 auf Schleichgang kann zur Beseitigung subjektiver Einflüsse in bekannter Weise automatisch mit Hilfe eines nicht dargestellten Schaltkontaktes erfolgen, der bei dem Erreichen der vorgewählten Senktiefe von der Messpinole 8 betätigbar ist.
Bei dem durch den Antriebsmotor 26 abgebremsten Aufsetzen der Messpinole 8 auf den Prüfling bewirkt die noch verbleibende dynamische Stosskraft eine Schwingung, die infolge der geringen Intensität in dem durch Reibung und Federung bedingten Bereich kurzzeitig ausschwingt. Das Ausgleichsgewicht 20 bleibt von dieser Schwingung unbeeinflusst, da gegebenenfalls auftretende rückwirkende Kräfte von der zwi schen dem Einfachhebel 16 und dem Doppelhebel 14 angeordneten Schraubenfeder 17 kompensiert werden.
Da das Ausgleichsgewicht 20 zu diesem Zeitpunkt überdies noch durch das gespannte elastische Band 21 über die Mitnehmerscheibe 22 und die Antriebsscheibe 23 mit dem Antriebsmotor 26 gekuppelt ist, ist ein rückwirkungsbedingtes Abheben (Hüpfen) der Messpinole 8 nach dem Aufsetzen ausgeschlossen. Die Wirkung des elastischen Bandes 21 kann durch eine federnde Ausbildung der an den einander zugeordneten Anschlagstiften 24 und 25 vorgesehenen elektrischen Kontakte noch erhöht werden.
Während des Ausschwingens der Messpinole 8 dreht sich der Antriebsmotor 26 mit der Antriebsscheibe 23 noch weiter, bis die Nachlaufbewegung der Mitnehmerscheibe 22 infolge der nachlassenden Spannung des Bandes 21 aufhört. Dabei wird die Kontaktverbindung zwischen den einander zugeordneten Anschlagstiften 24 und 25 getrennt, so dass der Antriebsmotor 26 selbsttätig abgeschaltet wird. Mit dem Nachlassen der Spannung des elastischen Bandes 21 und der gleichzeitig beginnenden Entspannung der Schraubenfeder 17 wächst die durch das Messkraftgewicht 30 auf die Messpinole 8 ausgeübte statische Messkraft allmählich bis auf ihren vollen Wert an.
Die Federkonstante der Schraubenfeder 17 und die die zeitliche Entspannung des elastischen Bandes 21 beeinflussende Zustellgeschwindigkeit des Antriebsmotors 26 sind so gewählt, dass die Zeitdauer für das allmähliche Ansteigen bis auf den vollen Wert der Messkraft die Dauer des Ausschwingens der Messpinole 8 nach dem Aufsetzen auf den Prüfling überschreitet.
Durch die allmählich ansteigende Messkraft wird der durch Reibung und Federung bedingte Streubereich der bisher unkontrollierbaren Endlagen der Messpinole 8 in das Gebiet der elastischen Deformation verlagert und dadurch ein aperiodisches Einschwingen der Messpinole 8 in die Endlage erzwungen. Auf diese Weise ist die erstrebte Verringerung der Streubreite auf ein in engen Grenzen gleichbleibendes Mass bewirkbar.
Da ferner die volle Messkraft erst nach dem Ausschwingen der Messpinole 8 zur Wirkung gelangt, ist eine nachteilige Rückwirkung auf das Messergebnis ausgeschlossen. Ein derartiges erfindungsgemäss ausgebildetes Messgerät gewährleistet daher bei einer einfachen und billigen Herstellungsmöglichkeit infolge der weitgehend gleichbleibenden, von subjektiven Einflüssen freien Messbedingungen eine hohe Messsicherheit und eine gute Vergleichsmöglichkeit der Messergebnisse.
Length measuring device with vertically displaceable measuring quill
The invention relates to a length measuring device which contains a vertically displaceable, motor-driven measuring quill, a counterweight and a damping device.
In the case of known measuring devices of this type, the measuring quill, which is raised to insert a test object, hits the workpiece to be measured under the effect of gravity or by a motor drive. The dynamic impact forces that occur in the process cause the measuring quill and the balance weight to oscillate, which adversely affect the measurement reliability.
To eliminate this disadvantage, in a known embodiment of such a measuring device, a damping device is provided in which the counterweight consists of an air-filled cylinder in which a piston slides with a spring connected in parallel. This damping device is intended on the one hand to prevent the quill from snapping back after it has been placed on the test object and on the other hand to prevent the weight from vibrating by increasing the insufficient air damping due to the effect of the parallel spring due to the greater relative movement.
To increase the damping effect, a further spring can be connected downstream between the weight and the damping device, but this spring cannot prevent small oscillating movements of the weight.
To dampen the downward movement of the measuring pin, further air damping can be provided in the known design between the weight and the pin. In the case of a motorized downward movement of the quill, this additional air damping can be dispensed with, provided the drive takes place with slip or via a pawl.
This known measuring device has the disadvantage that it is very complicated and expensive due to the variety of parts and due to the required high manufacturing accuracy of the parts used for air damping. In addition, due to the vibrations of the balance weight, which cannot be completely prevented, an adverse effect on the measurement reliability cannot be ruled out.
The invention was therefore based on the object of creating a length measuring device of the type mentioned, in which the disadvantageous effect of the vibrations caused when the measuring quill is placed on a test object largely reduced by a simple and inexpensive to manufacture braking and damping device and the accuracy of the measurement results is disadvantageous impairing measurement uncertainty are limited to a minimum.
The invention is based on the knowledge that the measurement uncertainty can be reduced considerably if the scatter range of the end positions of the measuring element caused by friction and suspension is reduced. A narrowing of this scatter range is only possible if the vibrations caused by the dynamic impact force of the measuring quill are largely reduced by eliminating the factors that can be subjectively influenced and the effects of the remaining residual vibrations are prevented.
The subjectively influenceable factors can be eliminated in a known manner by adequate automation, for example with the aid of a motor-driven measuring pin, while the residual vibrations can be prevented by the fact that the static measuring force gradually becomes effective and only after completion of the decay process reaches the full value.
A satisfactory solution to the problem arises when the measuring sleeve is connected to the counterweight by a spring-loaded lever system. According to the invention, the lever system consists of a single lever mounted on a double lever, the free end of which is on the? Measuring quill engages and its lever arm interacts via a spring with the leg of the double lever facing the 4ess quill, the other leg of which carries the adjustably arranged balancing weight, which can be moved by a drive motor that can be regulated in its speed and reversible in its direction of rotation via an elastic band .
It is advantageous if the elastic band, which is fastened with its one end to the preferably cylindrical counterweight, can be wound and unwound with its other end on a loosely rotatable drive plate, which can be coupled to a coaxially arranged drive plate on which the drive motor, for example via a known control gear attacks.
Finally, it is advantageous if the drive disk and the drive disk have stop pins assigned to one another and provided with electrical contacts, which cause the drive motor to switch off automatically after the measuring quill is placed on a test object.
To explain the invention in more detail, an example embodiment of the subject matter of the invention is shown schematically in an axonometric view in the drawing.
A vertical stand 3 is arranged on a base body 1, which carries a measuring table 2, the lateral fender cover of which is to be thought of as being removed. The stand 3 is provided with a guide track 4 on which a slide body 5 is mounted so as to be displaceable and lockable. A housing part 6 is attached to the slide body 5, the front side wall of which is unscrewed. In the housing part 6, a measuring quill 8 is slidably mounted on rollers 7, in the axis of which a glass scale 9 is installed. For reading the glass scale 9, an optical device (not shown in the drawing) is provided, which is arranged in a housing part 10 fastened to the housing part 6.
The housing part 6 is provided with an opening 11 which extends through the carriage body 5 and which is connected to the interior of the hollow stand 3 via a recess 12 which extends through the guide track 4. A double lever 14 is arranged on a pivot axis 13 mounted in the side walls of the slide body 5, one leg of which protrudes through the opening 11 into the interior of the housing part 6 and the other leg protrudes through the recess 12 into the interior of the stand 3. On one leg of the double lever 14 facing the measuring quill 8, a single lever 16 is pivotably mounted on a pin 15, which is under the action of a helical spring 17 and whose free end engages the measuring quill 8 via a roller 18 and a support bolt 19.
On the other leg of the double lever 14, a balance weight 20 is adjustably mounted, which is connected to a drive plate 22 via an elastic band 21. The loosely rotatably arranged driver plate 22 is connected to a coaxially arranged drive plate 23 via stop pins 24; 25 can be coupled, which are provided with electrical contacts. The drive pulley 23 can be moved by a drive motor 26 which can be regulated in its speed and reversible in its direction of rotation and which is fastened to the slide body 5 with the aid of a carrier 27 protruding through the recess 12.
To avoid damage, the measuring quill 8 is provided with an adjustable switching rod 28 which, when a certain lifting height is reached, actuates a limit switch 29 which is arranged on the housing part 6 and which causes the drive motor 26 to be switched off automatically. Exchangeable cylindrical measuring force weights 30, which can be inserted into a corresponding bore in the measuring quill 8, are used to generate the prescribed static measuring force.
Before the start of the actual measuring process, the measuring quill 8 loaded with the measuring force weight 30 is first raised by the drive motor 26 until there is enough space to safely introduce a test object onto the measuring table 2. The lifting movement of the measuring quill 8 takes place from the drive motor 26 via a control gear (not shown) and the drive disk 23, which rotates the drive disk 22 clockwise via the stop pins 24 and 25. In the process, the elastic band 21 wound on the drive plate 22 lowers the counterweight 20 and the measuring quill 8 is raised via the double lever 14 and the single lever 16. When the set lifting height is reached, the drive motor 26 is automatically shut down by the limit switch 29 actuated by the switching rod 28.
In this raised position, the measuring quill 8 is in equilibrium with the measuring force weight 30 and the balance weight 20 with the tensioned elastic band 21. The tension of the elastic band 21 corresponds approximately to the measuring force exerted by the measuring force weight 30 with which the helical spring 17 provided between the single lever 16 and the double lever 14 is additionally loaded.
After the test specimen has been placed on the measuring table 2, the direction of rotation of the drive motor 26 is reversed to initiate the measuring process, so that the drive pulley 23 now rotates counterclockwise. The measuring quill 8 loaded by the measuring force weight 30 is moved downwards as a result of the excess weight and thereby lifts the counterweight 20 via the resilient lever system 14; 16 and 17, so that the drive plate 22 is also rotated counterclockwise by the unwinding belt 21. To reduce the dynamic impact force during the downward movement of the measuring quill caused by gravity, the speed of the drive motor 26 can be reduced so far that the motor acts as a brake and the stop pins 24 and 25 of the drive disk 23 and the drive disk 22 assigned to one another lie against one another.
This braking effect of the drive motor 26 slows down the downward movement of the measuring quill 8 so that it is placed on the test object with almost no noticeable impact. The corresponding speed regulation of the drive motor 26 to creep speed can take place automatically in a known manner with the aid of a switching contact, not shown, which can be actuated by the measuring quill 8 when the preselected lowering depth is reached, in order to eliminate subjective influences.
When the measuring quill 8 is braked by the drive motor 26 and placed on the test object, the remaining dynamic impact force causes an oscillation which, due to the low intensity, swings out briefly in the area caused by friction and suspension. The balance weight 20 remains unaffected by this oscillation, since any retroactive forces that may occur are compensated for by the helical spring 17 arranged between the single lever 16 and the double lever 14.
Since the balance weight 20 is also coupled to the drive motor 26 by the tensioned elastic band 21 via the drive plate 22 and the drive plate 23 at this point in time, a reaction-related lifting (hopping) of the measuring quill 8 after it has been placed is excluded. The effect of the elastic band 21 can be increased by a resilient design of the electrical contacts provided on the stop pins 24 and 25 assigned to one another.
While the measuring quill 8 swings out, the drive motor 26 continues to rotate with the drive disk 23 until the follow-up movement of the drive disk 22 ceases as a result of the decreasing tension of the belt 21. In the process, the contact connection between the stop pins 24 and 25 assigned to one another is separated, so that the drive motor 26 is switched off automatically. With the relaxation of the tension of the elastic band 21 and the relaxation of the helical spring 17 starting at the same time, the static measuring force exerted by the measuring force weight 30 on the measuring quill 8 gradually increases to its full value.
The spring constant of the helical spring 17 and the infeed speed of the drive motor 26, which influences the temporal relaxation of the elastic band 21, are selected so that the time for the gradual increase to the full value of the measuring force corresponds to the duration of the swinging out of the measuring quill 8 after it is placed on the test object exceeds.
As a result of the gradually increasing measuring force, the spread of the previously uncontrollable end positions of the measuring quill 8, caused by friction and suspension, is shifted into the area of elastic deformation and thus an aperiodic oscillation of the measuring quill 8 is forced into the end position. In this way, the desired reduction in the spread can be brought about to a level that remains constant within narrow limits.
Furthermore, since the full measuring force does not come into effect until after the measuring quill 8 has swung out, any adverse effect on the measuring result is excluded. A measuring device of this type designed according to the invention therefore ensures a high level of measuring reliability and a good possibility of comparing the measuring results with a simple and inexpensive manufacturing option due to the largely constant measuring conditions free of subjective influences.