CH642448A5 - Praezisions-laengenmesseinrichtung. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Präzisions-Längenmess-einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Es ist eine Vielzahl von Druckschriften bekannt, die sich mit Längenmesseinrichtungen und deren Fehlern bzw. der Reduzierung dieser Fehler befassen. Die entscheidenden Probleme dieses Bereiches der Technik sind in der DE-OS 1623 337 in der Beschreibungseinleitung ausführlich gewürdigt. So ist es wünschenswert, dass bei Messeinrichtungen das Komparatorprinzip eingehalten wird, da bei einer Anordnung gemäss dem Abbe-schen Komparatorprinzip Fehler erster Ordnung vermieden werden. Dieses Prinzip ist jedoch bei einigen Messanordnungen wie z. B. Höhenmessgeräten aus konstruktiven und bedienungstechnischen Gründen nicht durchführbar, und so sind Anordnungen bekannt geworden, die durch andere Massnahmen den sogenannten Komparatorfehler möglichst eliminieren sollen (wie Eppensteinprinzip und Anmeldungsgegenstand der DE-OS 1623337).

Ferner sind Messeinrichtungen bekannt, die über federnd aufgehängte Messfühler verfügen. Bei Auslenkung des Messfühlers aus seiner Nullage wird die eigentliche Messung ausgelöst, wobei dem Messwert in einer bestimmten Art und Weise der Betrag zugeordnet werden muss, der der Messfühlerauslenkung entspricht. Eine derartige Einrichtung ist Gegenstand der DE-PS 2356030, sowie deren Beschreibungseinleitung.

Solche Anordnungen sind jedoch baulich sehr aufwendig und weisen keinen hohen Bedienungskomfort auf, so dass zum einen der Kostenaufwand für derartige Einrichtungen relativ hoch ist, zum anderen sind diese Einrichtungen in der Werkstattmesstechnik nicht ohne besonders qualifiziertes Personal einzusetzen.

Da z. B. bei Höhenmessgeräten das Abbe-Prinzip nicht eingehalten werden kann und zur bequemen Handhabung ein Kompa-ratorabstand von 50 bis 100 mm erforderlich ist, muss beispielsweise für eine Messgenauigkeit von ± 1 um einerseits eine Führungsgenauigkeit von mindestens ± 2" eingehalten werden. Für eine kostengünstige Fertigung bietet es sich andererseits an, extrudierte Leichtmetall-Profile zu verwenden, deren Geradheit jedoch erheblich unter dem o. a. Wert bleibt.

Die Forderung nach hoher Messgenauigkeit bedeutet auch, dass der Messwagen reibungsarm bewegt werden muss, damit die Messkräfte in engen Grenzen konstant gehalten werden können und Verformungen des Messfühlers durch variable Kräfte vermieden werden. Wälzlagerungen, die üblicherweise für reibungsarme Führungen verwendet werden, sind jedoch durch unvermeidliche Herstelltoleranzen der Rollkörper und durch die im Lauf der Zeit entstehende Verschmutzung der Führungsbahnen nicht ausreichend genau.

Es liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein konstruktiv einfaches und damit kostengünstiges Längenmessge-rät zu schaffen, das über eine hohe Messgenauigkeit verfügt und einfach zu bedienen ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegeben. In den abhängigen Ansprüchen finden sich Merkmale, die die Erfindung vorteilhaft ausgestalten.

Anhand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise noch näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen vereinfachten Querschnitt durch eine Längen-messeinrichtung;

Fig. 2 eine vereinfachte Seitenansicht der Längenmesseinrich-tung;

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform in vereinfachter Darstellung.

Die geschnittene Darstellung einer Längenmesseinrichtung zeigt eine Grundplatte 1, auf der senkrecht ein Hohlprofil 2 angeordnet ist. Dieses Hohlprofil 2 wird durch Extrusion aus Leichtmetall hergestellt und ist sehr biegesteif. Eine vergleichsweise biegeweiche Stange 3 besteht aus handelsüblichem poliertem Rundstahl und ist mit einer Anzahl von Zug- und/oder Druckschrauben 4/5 im Hohlprofil 2 angebracht (Fig. 1). Eine mittels der Zug- und/oder Druckschrauben 4/5 ausgerichtete Mantellinie 3a der Stange 3 dient als Führung für einen in Messrichtung beweglichen Messwagen 6. Der Messwagen 6 gleitet mit zwei Gleitschuhen 7 auf der ausgerichteten Mantellinie 3a der Stange 3. Die Gleitschuhe 7 sind aus selbstschmieren-dem, verschleissfestem Material, wie Kunststoff, Sinterbronze oder dgl. hergestellt und haben durch das Gleiten an der Füh-rangsbahn 3a selbstreinigende Wirkung. Der Messwagen 6 verfügt weiter über Stützrollen 8,9,10, die den Messwagen 6 an nicht justierten Nebenführungsflächen 11,12, 27 abstützen.

Die zwei Gleitschuhe 7 gleiten auf der ausgerichteten Mantelfläche 3a der Stange 3 und ergeben eine sehr hohe Führungsgenauigkeit in der Ebene, in der ein grosser Komparatorabstand ax unumgänglich ist. In der zweiten Ebene tritt trotz der relativ geringen Genauigkeit der Wälzlager 8,9,10 nur ein vernachlässigbar kleiner Fehler auf, da der Komparatorabstand a2 klein gehalten werden kann oder sogar auf Null reduzierbar ist.

Ein Zwischenglied 13 ist über ein Parallelogramm aus Blattfedern 14 reibungsfrei-verdrehungssicher, aber in Messrichtung beweglich-mit dem Messwagen 6 verbunden. Dieses Zwischenglied 13 trägt einen Tastarm 15, an dessen freiem Ende sich ein Messfühler 16 befindet und einen schlanken Mitnehmer 17, an dessen freiem Ende sich eine Ableseeinheit 18 einer photoelektrischen Messeinrichtung befindet. Die Ableseeinheit 18 tastet eine im Hohlprofil 2 geschützt angeordnete Inkrementalteilung 19 ab, die in bekannter Weise mittels einer gummielastischen Zwischenschicht 20 im Hohlprofil 2befestigt ist. Die von der Ableseeinheit 18 gewonnenen Signale werden in bekannter

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Weise in einer nachgeschalteten Elektronikeinheit 21 ausgewertet und als Messwert angezeigt und/oder ausgedruckt.

Der Messwert 6 verfügt weiterhin über einen z. B. als Handrad ausgebildeten Antrieb 22, der so angeordnet ist, dass der Abstand des Angriffspunktes der Antriebskraft zu der Ebene, in der die reibungsbehaftete Führung liegt, klein ist. Durch diese Massnahme wird eine druckfreie Bewegung des Messwagens 6 ermöglicht.

Durch den Antrieb 22 zum Positionieren des Messwagens 6 erfolgt das Antasten eines Werkstückes oder das Eichen mittels Endmassen bzw. das Nullsetzen der Messeinrichtung. Für diese Zwecke lassen sich sowohl der Tastarm 15 als auch der Messfühler 16 mittels bekannter Elemente einstellen. Durch den schiebbar und schwenkbar ausgebildeten Tastarm 15 ist die Messeinrichtung den unterschiedlichen Messaufgaben anzupassen. Bei geringer Auslegerlänge wird z. B. die höchste Genauigkeit erzielt (Komparatorabstand möglichst klein), bei grösster Auslegerlänge lassen sich mit etwas verminderter Genauigkeit z.B. schwer zugängliche Flächen eines Werkstückes antasten.

Die in Fig. 2 als Markierungen gezeigten Indizes 6a, 6b und 13a dienen zur ungefähren Angabe des Erreichens einer Messposition. Das reibungsfrei an Blattfedern 14 aufgehängte Zwischenglied 13 trägt einen Index 13a. Der Messwagen 6 trägt je einen Index 6a bzw. 6b für die Antastung einer unten liegenden bzw. oben liegenden Körperkontur. Die Kraft der Blattfedern 14 hält das Zwischenglied 13 in einer neutralen Position, so dass der Index 13a etwa in der Mitte zwischen den beiden Indizes 6a und 6b seine Ruheposition einnimmt. Bei Antastung einer Körperkontur muss mit Hilfe des Antriebes 22 der Messwagen 6 soweit bewegt werden, dass der Index 13a jeweils mit einem der Indizes 6a oder 6b annähernd koinzidiert. Bei dieser angenäherten Übereinstimmung beider Indizes 13a und 6a oder 6b kann das Messergebnis bereits genau abgelesen werden. Eine exakte Koinzidenz ist nicht erforderlich, da der Messfühler 16 innerhalb des durch eine Federkennlinie festgelegten Bereiches seine Position an der Körperkontur nicht mehr ändert. Das Zwischenglied 13-das die Ableseeinheit 18 an dem Mitnehmer 17 trägt-bewegt sich ebenfalls nicht innerhalb des Bereiches, der durch die Federkennlinie bestimmt ist. Damit ändert sich auch nicht die Position der Ableseeinheit 18 gegenüber der Inkrementalteilung 19 und das Messergebnis ist eindeutig und konstant.

Die erzielbare Messgenauigkeit ist durch diese Ausgestaltung der die Blattfeder 14 umfassenden Aufhängung weitgehend unabhängig von der Einstellgenauigkeit, mit der der Messwagen 6 gegenüber den Indizes 6a oder 6b eingestellt wird. Ferner sind in der Fig. 2 Versteifungselemente 14a zu erkennen, die die Steifigkeit des Parallélogrammes der Federn 14 beeinflussen. Bei richtiger Abstimmung zwischen der Federkraft der Blattfedern 14 und der Steifigkeit des Federparallelogrammes können geeignete Kennlinien erzeugt werden.

Eine weitere Massnahme zur Erhöhung der Messgenauigkeit und des Bedienungskomforts ist die exakte Gewichtsbalance der beweglichen Messwagenbauteile. Sowohl der Messwagen 6 als auch das Zwischenglied 13 mit Tastarm 15 und Messfühler 16 sind hinsichtlich ihres Eigengewichtes so dimensioniert, dass schon die geringfügige Reibung der Gleitschuhe 7 an der Führung 3a eine Hemmung des Messwagens 6 in jeder Position bewirkt, ohne dass die Reibung bei der Verstellung des Messwagens 6 als unangenehm empfunden wird. Um diese positive Wirkung zu erzielen sind von allen Führungspunkten lediglich zwei als Gleitschuhe ausgebildet - diese sind für eine hohe Führungsgenauigkeit ohnehin ausreichend.

In Fig. 3 ist schematisch der Querschnitt einer Messeinrichtung dargestellt, die einer etwas ungenaueren Kategorie zuzuordnen ist, als die Anordnung nach Fig. 1 und 2. Bei dieser Ausführungsform befindet sich ein Messwagen 6' im Innern eines Hohlprofiles 2'. Auch hier dient ein Rundstab 3' als Führung. Die Zug-und/oder Druckschrauben 4', 5' erfüllen den gleichen Zweck wie s die Elemente 4 und 5 in Fig. 1. Der Messwagen 6' weist neben äquivalenten Elementen wie Zwischenglied 13', Blattfedern 14', Versteifungen 14a', Tastarm 15', Messfühler 16', Mitnehmer 17', Ableseeinheit 18', Inkrementalteilung 19' und Klebeschicht 20' noch ein Ausgleichsgewicht 26' auf, dabei dieser Bauform die io Führung von Präzisionswälzlagern 7' übernommen wird, die keine Eigenhemmung ermöglichen. Insbesondere bei dieser Ausführungsform bietet sich die Verwendung eines Motors als Antrieb für die Messwagenverstellung an. Letzteres ist jedoch als eine Massnahme anzusehen, die jedem Fachmann geläufig ist. 15 Ein weiterer- gegenüber dem Stand der Technik jedoch entscheidender Fortschritt - ist die Einstellbarkeit der Führungsflächen 3a bzw. 3a' bei beiden Ausführungsformen.

Die Forderung nach Messgenauigkeit beinhaltet in der Fachwelt bislang die Forderung nach höchstmöglicher Genauigkeit 20 der Führung der beweglichen Messelemente. Diese Forderung nach höchstmöglicher Führungsexaktheit treibt die Kosten einer Messeinrichtung jedoch in Grössenordnungen, die für Werkstatt-Messeinrichtungen nicht mehr vertretbar sind. 25 Bei dieser in der Fachwelt als unabdingbar gestellten Forderung nach Führungsgenauigkeit wird im allgemeinen jedoch die Fehlerhaftigkeit der eigentlichen Messteilung nur am Rande betrachtet. Bei Messeinrichtungen der erfindungsgemässen Art kommt als Fehlerquelle noch der Komparatorfehler hinzu. Die 30 genannten Fehler sind durch Verbesserungen der Führungsexaktheit nicht vollständig zu eliminieren.

Durch die erfindungsgemässe Einstellbarkeit der Führungsbahn 3a, 3a' ist jedoch die Möglichkeit gegeben, alle auftretenden Fehler, seien es Führungsfehler, seien es Systemfehler der 35 eigentlichen Messteilung oder bestimmte Komparatorfehler, nach Vorabvermessung der kompletten Messeinrichtung zu korrigieren. Sämtliche systembedingten Fehler- die sich durch Vorabvermessung mit einem hochgenauen Messmittel ermitteln lassen - können durch entsprechende Beeinflussung der Füh-40 rungsbahn 3a, 3a' korrigiert werden. Die Zug- und/oder Druckschrauben 4,5 bzw. 4', 5' sind so ausgelegt, dass der Rundstab 3, 3' und damit die Führungsbahn 3a, 3a' durch Verdrehen dieser Verstellelemente derart verformt werden kann, dass die Fehler der Messeinrichtung korrigierbar sind.

45 Des weiteren ist es sinnvoll, den Grundkörper 2,2' auf der Bodenplatte 1,1' mittels zwischengefügter Kugelbeilagescheiben 2a in bekannter Weise auszurichten und zu fixieren.

Die Bodenplatte 1,1' der beschriebenen Messeinrichtung steht bevorzugt auf drei justierbaren Füssen, welche mit einem 50 abriebfesten und durch Füllstoffe auf hohen Druck-E-Modul verstärktem Kunststoff belegt sind und mit den Justierschrauben durch Kugelflächen selbsteinstellend und doch steif verbunden sind.

Zusammenfassend kann die Erfindung so beschrieben werden, 55 dass ein Messfühler 16 über ein Zwischenglied 13 reibungsfrei beweglich an einem Messwagen 6 angebracht ist. Dieser Messwagen 6 ist genügend genau an einer Führung 3a geführt, so dass der Komparatorfehler genügend klein bleibt. Die Führung des Messwagens 6 wird durch die Verwendung zweier einfacher Profile 2 60 und 3 erzeugt, die gegeneinander verspannt und damit justiert werden können. Der Messwagen 6 braucht nur grob in die Messposition gebracht zu werden, dann liegt der Messfühler 16 mit konstanter Messkraft an der zu messenden Fläche an und der Messwert kann unmittelbar abgelesen werden.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

642 448 PATENTANSPRÜCHE

1. Präzisions-Längenmesseinrichtung, die nicht nach dem Ab-beschen Komparatorprinzip arbeitet, insbesondere für Höhenmessungen, mit einer Massverkörperung nebst Ableseeinheit, einem biegesteifen Grundkörper, einem Führungselement, einem an diesem Führungselement geführten Messwagen sowie einem den Messfühler tragenden Zwischenglied und einer Anordnung zur Auswertung des Messergebnisses, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Das Führungselement (3,3a, 3', 3a') ist durch Zug- und/ oder Druckelemente (4, 5, 4', 5') einstellbar;

b) der Messwagen (6,6') wird durch Präzisionslager (7,7') an dem einstellbaren Führungselement (3,3a, 3', 3a') exakt geführt und stützt sich c) über weitere Lager (8,9,10,8', 9', 10') an zusätzlichen, nicht justierten Nebenführungsflächen (11,12,27,11', 12', 27') ab;

d) das den Messfühler (16,16') tragende Zwischenglied (13, 13') ist reibungsfrei beweglich mit dem Messwagen (6,6') verbunden und weist an einem Mitnehmer (17,17') die Ableseeinheit (18,18') auf, die e) mit der am Grundkörper (2,2') angebrachten Massverkörperung (19,19') zusammenwirkt.

2. Präzisions-Längenmesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zug- und/oder Druckelemente (4, 5, 4', 5') Schrauben sind.

3. Präzisions-Längenmesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Präzisionslager (7) durch Gleitschuhe aus selbstschmierendem Lagerwerkstoff realisiert sind und dadurch der Messwagen (6) selbsthemmend ist.

4. Präzisions-Längenmesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Präzisionslager (7') durch Wälzlager realisiert sind, und dass am Messwagen (6') ein Ausgleichsgewicht (26) angebracht ist.