CH644206A5

CH644206A5 - Anordnung zur variation der federkennlinie einer federparallelogrammvorrichtung.

Info

Publication number: CH644206A5
Application number: CH485683A
Authority: CH
Inventors: Alfons Ernst
Original assignee: Heidenhain Gmbh Dr Johannes
Priority date: 1978-11-24
Filing date: 1983-09-05
Publication date: 1984-07-13
Also published as: DE2850875C2; JPS5582002A; JPS6259241B2; DE2850875A1; FR2442429A1; IT1124353B; CH642448A5; FR2442429B1; GB2039673B; IT7912836A0; ATA708979A; AT382237B; GB2039673A; US4276696A

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Variation der Federkennlinie einer Federparallelogrammvorrichtung, welche zwei relativ zueinander bewegliche Bauteile reibungsfrei miteinander verbindet, insbesondere zur Verbindung des verschiebbaren Teiles eines Messgerätes mit dem zugehörigen Tastarm.

Ein spezielles Anwendungsgebiet der Erfindung sind Messgeräte, z.B. Längenmessgeräte. Bei solchen Geräten ist in der Regel ein Tastarm zum Antasten des Messobjektes vorgesehen, der auf einem verschiebbaren Teil, z.B. einem Messwagen, gelagert ist. Der Messwagen mit dem Tastarm ist entlang eines Massstabes verschiebbar. Der Tastarm trägt den an das Messobjekt anlegbaren Messfühler und eine dem Massstab zugeordnete Ableseeinheit. Für Präzisionsmessungen wird nun die Forderung gestellt, dass der vom Messwagen getragene Messfühler stets mit ein und derselben Kraft am Messobjekt anliegt, wobei die oftmals nur grob erfolgende Verstellung des Messwagens dieser Kraft nicht beeinflussen soll. Um dies zu erreichen, ist es bekannt, den Messwagen mit dem Tastarm über ein Federparallelogramm zu verbinden. Im allgemeinen besteht jedoch zwischen der auf eine Federanordnung wirkenden Kraft und dem resultierenden Verschiebeweg ein annähernd proportionaler Zusammenhang. Ein solcher gewährleistet keine gleichbleibende Anlegekraft.

Es war Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zu schaffen, mit der die Federkennlinie einer Federparallelogrammvorrichtung variiert und so das Kraft-Wegverhältnis einer solchen Vorrichtung weitgehend verändert und verschiedenen Anwendungsformen angepasst werden kann.

Die erfindungsgemässe Lösung der Aufgabe besteht darin, dass an dem einen der relativ zueinander beweglichen Bauteile eine Rolle angebracht ist, welche unter Federkraft an zwei schneidenförmigen Gegenlagern, die am anderen Bauteil angebracht sind, anliegt, wobei die Gegenlager in der neutralen Lage der Federparallelogrammvorrichtung beiderseits der Rollenachse liegen. Bei einer solchen Anordnung erzeugen die Parallelogrammfedern eine der Auslenkung entgegengerichtete Kraft, während die von der Rolle auf das Gegenlager übertragende Krafi eine Kraft in Richtung der Auslenkung bewirkt. Dadurch wird es möglich, die Federkennlinie der gesamten Vorrichtung beliebig zu verändern. Insbesondere kann erreicht werden, dass die resultierende Kraft nahezu konstant bleibt. Ordnet man die zwei schneidenförmigen Gegenlager so an, kann erreicht werden, dass einer nur geringen Auslenkung eine gewisse sprunghaft ansteigende Federkraft entgegengesetzt wird, welche bei weiterer Auslenkung aus der neutralen Lage annähernd konstant bleibt. Dieser Fall ist für Messgeräte von besonderer Bedeutung.

Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung kann der Abstand zwischen den schneidenförmigen Gegenlagern einstellbar sein, wodurch ohne Veränderung der Federkräfte, d.h. Austausch der Federn, eine Veränderung der Federkennlinie vorgenommen werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beispielsweise noch genauer erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte Seitenansicht einer Längenmess-einrichtung;

Fig. 2 Einzelheiten einer Anordnung nach der Erfindung zur Variation der Federkennlinie einer Federparallelogrammvorrichtung;

Fig. 3 ein Kraft-Wegschaubild der Anordnung nach Fig.

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Fig. 4 ein weiteres Kraft-Wegschaubild.

Fig. 1 zeigt als einen beweglichen Bauteil 6 den Messwagen 6' einer Präzisions-Längenmesseinrichtung. Dieser ist mittels Gleitschuhen auf der Führungsbahn 3a der Stange 3 geführt.

Ein als Zwischenglied 13' ausgebildeter anderer beweglicher Bauteil 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 einer photoelektrischen Messeinrichtung befindet. Die Ableseeinheit tastet eine im Hohlprofil 2 geschützt angeordnete Inkre-mentalteilung ab. Das Hohlprofil 2 ist z.B. auf einer Grundplatte 1 mittels zwischengefügter Kugelbeilagescheiben 2a angeordnet.

Der Messwagen 6' verfügt weiterhin über einen z.B. als Handrad ausgebildeten Antrieb 22. 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.

Die in Fig. 1 in Form von Markierungen eingezeichneten 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 Mess wagen 6' trägt je einen Index 6a bzw. 6b für die Abtastung 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 miiss 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 am Mitnehmer 17 trägt - bewegt sich ebenfalls nicht innerhalb des Bereiches, der durch die Federkennlinie, wie sie in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, bestimmt ist. Damit ändert sich auch nicht die Position der Ableseeinheit gegenüber der Inkrementalteilung, und das Messergebnis ist eindeutig und konstant.

Die erzielbare Messgenauigkeit ist durch diese Ausgestaltung der die Blattfedern 14 umfassenden Federparallelogrammvorrichtung weitgehend unabhängig von der Einstellgenauigkeit, mit der der Messwagen 6' gegenüber den Indizes 6a oder 6b eingestellt wird. Ferner sind in Fig. 1 Versteifungs2

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elemente 14a zu erkennen, die die Steifigkeit des Parallélogrammes der Federn 14 beeinflussen.

Die in Fig. 2 daragestellte Anordnung nach der Erfindung dient zur Variation der Federkennlinie des Federparallelo-grammes.

Am den einen beweglichen Bauteil 6 darstellenden Messwagen 6' ist eine Rolle 23, z.B. über einen durch eine Feder 27 belasteten Arm 26, federbelastet angebracht. An dem den Messfühler 16 tragenden und den anderen beweglichen Bauteil 13 bildenden Zwischenglied 13' sind zwei schneidenför-mige Lager 24 und 25 angebracht. Die Rolle 23 des Messwagens 6' wird über den Arm 26 von der Feder 27 gegen die Schneiden 24 und 25 gedrückt, die in er neutralen Lage der Federparallelogrammvorrichtung beiderseits der Rollenachse 23a liegen. Wenn nun das Zwischenglied 13' gegenüber dem Messwagen 6' eine parallele Relativbewegung ausführt, muss die Rückstellkraft der Parallelogrammfedern 14 überwunden werden. Mit der Auslenkung des Zwischengliedes 13' gegenüber dem Messwagen 6' wächst diese Rückstellkraft weitgehend linear an. Das bedeutet, dass auch die Kraft anwächst, mit der der Messfühler 16 das Messobjekt berührt (herkömmliche positive Federkennlinie).

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Durch die erfindungsgemässe Anordnung (federbelastete Rolle, schneidenförmiges Gegenlager) wird nun eine Federkennlinie für die gezeigte Federparallelogrammvorrichtung erzeugt, die einen negativen Verlauf hat. Durch das Zusam-5 menwirken der positiven Federkennlinie des Federparallelo-grammes und der negativen Federkennlinie des oben genannten Mechanismus wird für die gesamte Vorrichtung eine resultierende Kennlinie hervorgebracht, die idealisiert in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist.

10 Eine Anordnung, wie in Fig. 2 dargestellt, kann so bei fachgemässer unsymmetrischer Anordnung von Schneiden 24, 25 und federbelasteter Rolle 23 das Eigengewicht der beweglichen Messwagenbauteile kompensieren.

Der Erfindung geäss ist also das Zwischenglied 13' am 13 Messwagen 6' mittels einer Aufhängung gemäss Fig. 2 reibungsfrei in einer Weise so befestigt, dass beim Antasten einer unterhalb oder oberhalb des Messfühlers 16 liegenden Körperkontur annähernd die gleiche Messkraft wirkt. Diese Messkraft ist weitgehend unabhängig von der Grösse der 20 Relativbewegung zwischen Messwagen 6' und Zwischenglied 13', also weitgehend unabhängig von der Auslenkung des Blattfederparallelogrammes.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Anordnung zur Variation der Federkennlinie einer Federparallelogrammvorrichtung, welche zwei relativ zueinander bewegliche Bauteile reibungsfrei miteinander verbindet, insbesondere zur Verbindung des verschiebbaren Teiles eines Messgerätes mit dem zugehörigen Tastarm, dadurch gekennzeichnet, dass an dem einen Bauteil (6) eine Rolle (23) angebracht ist, welche unter Federkraft an zwei schneideför-migen Gegenlagern (24,25), die am anderen Bauteil (13) angebracht sind, anliegt, wobei die Gegenlager in der neutralen Lage der Federparallelogrammvorrichtung beiderseits der Rollenachse (23a) liegen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der schneidenförmigen Gegenlager (24, 25) einstellbar ist.