DD254641A1 - Messgeraet - Google Patents

Abstract

Geschaffen wird ein Messgeraet das insbesondere in Laengenmessgeraeten wie Hoehenmessgeraeten, Laengenmessmaschinen und inkrementalen Wegaufnehmern vorteilhaft eingesetzt werden kann. Es werden geringe Baulaengen auch bei Messwegen von 1 m erreicht. Der Hauptvorteil besteht in der konstanten Messkraft die entlang des gesamten Messweges und bei kontinuierlicher Abtastung geneigter Messflaechen erhalten bleibt. Das Messgeraet enthaelt ein geschlossenes Zugmittelgetriebe welches ueber mindestens eine Umlenkrolle (3) von einem Motor (4) mit Messsystem (5) angetrieben wird. Das Zugmittel (2) enthaelt zwei Energiespeichersysteme (7, 9) zur Erzeugung einer Messkraft. Ein Messwandler (12) und der Motormesswandler (5) sind an einen Rechner (11) mit Impulsdifferenzregelung angeschlossen. Fig. 5

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Das Meßgerät kann in allen Meßmitteln, wie sie im Oberbegriff des I.Anspruchs charakterisiert sind, angewendet werden, wie z. B. Höhenmeßgeräte, Kleinmeßmaschinen und inkrementale Wegaufnehmer, wobei immer das Verfahren zur Erzeugung der Meßkraft entweder durch eine Schaltung oder über einen Rechner eingesetzt werden muß.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Aus der DE-PS 2605020 ist ein digitales Längenmeßgerät bekannt, in dem ein umlaufendes Seil, das durch eine Feder gespannt ist, über zwei Umlenkrollen läuft und von einem Motor getrieben eine Abtastbaueinheit mit Meßpinole bewegt. Mit dem Aufsetzen der Meßpinole bleibt das Zugmittel stehen. Der Motorstrom steigt dann so lange an, bis der Motor die gewünschte Meßkraft erzeugt hat und abgeschaltet wird.

Eine Schaltung zur Steuerung des Motorstromes ist relativ aufwendig. Das kontinuierliche Abtasten einer geneigten Meßfläche und die Umkehrpunktsuche bei konstanter Meßkraft sind mit diesem Gerät nicht möglich.

In der DE-OS 3142010 ist ein Höhenmeßgerät beschrieben, in dem ein Meßschlitten, der an einem Ständer geführt ist, über Bänder mit einem Ausgleichgewicht verbunden ist. Eine Meßkraft wird durch den Gewichtsunterschied zwischen Meßschlitten und Ausgleichsgewicht aufgebracht. Durch die Meßschlittenverstellung von Hand über eine Meßschraube und eine Gewindespindel sind Meßkraftschwankungen unvermeidbar.

Eine kontinuierliche Abtastung und Umkehrpunktsuche mit konstanter Meßkraft sind ebenfalls nicht möglich. Weiterhin ist ein relativ komplizierter Aufbau gegeben durch die Verwendung von Gewindespindel und Feinverstellung. Die komfortabelste Meßeinrichtung dieser Artist in der DE-OS 3219766 beschrieben.

Hier treibt ein Motor mit Meßsystem über eine Gewindespindel einen Mitnehmer, an dem ein Meßschlitten mit Lesekopf und Meßorgan schwimmend angelenkt ist, der aber selbst an mehreren Säulen geführt ist.

Der Mitnehmer wird durch zwei Federn in einer bestimmten Position am Meßschlitten gehalten, so daß der Meßschlitten durch den angetriebenen Mitnehmer in vorbestimmte Positionen gebracht und dort gehalten werden kann.

Zur Erzeugung einer Meßkraft muß das Sollmaß des Prüflings genau bekannt sein, um eine unter dem Sollmaß liegende Position vorgeben zu können, auf die der Meßschlitten gestellt wird, wenn kein Prüfling vorhanden ist.

Ansonsten setzt das Meßorgan schon zuvor auf dem Prüfling auf und der Meßschlitten bleibt stehen. Der Mitnehmer läuft aber weiter gegen eine Feder am Meßschlitten, die die Meßkraft aufbringt, bis zur vorgegebenen Position.

Ändert sich das Sollmaß, z. B. bei der Umkehrpunktsuche in Bohrungen oder beim kontinuierlichen Abtasten einer geneigten Prüflingsfläche, kann die Meßkraft nicht konstant gehalten werden.

Ist das Sollmaß des Prüflings unbekannt oder nicht genau bekannt, kann das Gerät nur von Hand positioniert werden. Weiterhin ist ein komplizierter Aufbau vorhanden, da mehrere Führungssäulen, Maßstabträger, Gewindespindel, Meßschlitten und Mitnehmer erforderlich sind.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Herstellung und die Montage inkrementaler Meßgeräte zu vereinfachen, einen hohen Bedienkomfort zu erreichen sowie eine geringe Meßunsicherheit einzuhalten.

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfach aufgebautes Meßgerät zu schaffen, in dem auch ein relativ schwerer Meßschlitten spielfrei, gleichmäßig, ruckfrei und feinfühlig bewegt werden kann, wobei in jeder Position des Meßschlittens eine konstante Meßkraft aufrecht erhalten wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in einem geschlossenen Zugmittelgetriebe mit einem nichtdehnbaren Zugmittel, weiches in der Länge einstellbar ist, vorzugsweise an einer ersten Umlenkrolle ein Motor mit Meßsystem und das Zugmittel schlupffrei angekoppelt sind, im Zugmittel zwischen der ersten und einer zweiten Umlenkrolle ein erstes Energiespeichersystem angeordnet ist, zwischen der zweiten und der ersten Umlenkrolle ein Meßschlitten und ein zweites Energiespeichersystem hintereinander gekoppelt sind, wobei die Energiespeichersysteme einstellbar sind, so lange sich beide Meßsysteme bewegen, die Energiespeichersysteme vorzugsweise durch elektromagnetische Mittel überbrückt sind und an einem Rechner, der eine Impulsdifferenzregelung enthält, sowohl der Meßwandler und der Motormeßwandler angeschlossen sind, die den Motormeßwandler der Bewegung des Meßwandlers folgen läßt

Die Funktionsweise des Gerätes ist folgende:

Bei der Inbetriebnahme des Gerätes werden der Meßwandler und der Motormeßwandler auf Null gesetzt oder der Meßschlitten wird an einen Bezugspunkt gefahren. Dabei sind die Energiespeichersysteme überbrückt, so daß das Zugmittel starr am Meßschlitten angreift.

Auf diese Weise erfolgt eine ruckfreie und gleichmäßige Bewegung auch schwerer Meßschlitten, die spielfrei geführt sind. Der Meßschlitten setzt mit einem Meßorgan auf einem Prüfling auf, so daß vom Meßwandler keine Impulse mehr an den Vorzeichen-/Betragszähler gelangen. Das Überbrückungsmittel wird umgeschaltet und gibt das Zugmittel frei, so daß die beiden Energiespeichersysteme wirksam werden und die Vorspannkraft die Feder des zweiten Energiespeichersystems als Meßkraft auf den Meßschlitten wirkt. Der Motor zieht weiter am Zugmittel und dehnt die Feder des zweiten Energiespeichersystems weiter, bis er abgeschaltet wird. Das sich auf der anderen Seite lockernde Zugmittel wird durch die Federdes ersten Energiespeichersystems straff gehalten.

Der Motor wird abgeschaltet, wenn eine an dem Komparator für die untere Meßkrafttoleranz einstellbare Anzahl von Meßimpulsen den Vorzeichen-/Betragszähler passiert haben. Zur Konstanthaltung der Meßkraft wird der Motor entsprechend den Zuständen der Komparatoren für die untere und obere Meßkrafttoleranz und dem Vorzeichen am VorzeichenVBetragszähler angesteuert.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll anhand einer Zeichnung näher erläutert werden

Die einzelnen Figuren zeigen:

Figur 1: Prinzipdarstellung eines Meßgerätes nach Anspruch 2

Figur 2: Prinzipdarstellung für den Einsatz in einem Höhenmeßgerät nach Anspruch 4 Figur 3: Blockschaltbild der Impulsdifferenzregelung

Figur 4: Schnittdarstellung eines Energiespeichersystems

Figur 5: Prinzipdarstellung eines Meßgerätes nach Anspruch 1

An einem Grundkörper 1, dereinen ersten Teil eines Meßwandlers 12 trägt, ist ein Meßschlitten 8, dereinen zweiten Teil eines Meßwandlers 13 trägt, präzise geradegeführt (Figur 1). Ein nichtdehnbares Zugmittel 2 ist um zwei Umlenkrollen 3,6 geführt, die am Grundkörper 1 drehbar gelagert sind.

An einer ersten Umlenkrolle 3 ist ein Motor 4 mit einem Meßwandler 5 schlupffrei angekoppelt. Zur schlupffreien Weiterleitung der Antriebskraft ist das Zugmittel 2 in diesem Bereich vorzugsweise als Zahnriemen ausgebildet. Durch eine Zugmittelverstellung 27 wird der straffe Einbau des Zugmittels 2 erleichtert. Zwischen der ersten Umlenkrolle 3 und der zweiten Umlenkrolle 6 ist ein erstes Energiespeichersystem 7 im Zugmittel 2 eingesetzt. Der Meßschlitten 8 und ein zweites Energiespeichersystem 9 sind zwischen der zweiten und der ersten Umlenkrolle 6,3 im Zugmittel 2 miteinander gekoppelt. Im einfachsten Fall sind die beiden Energiespeichersysteme 7, 9 als vorgespannte Zugfeder ausgebildet. Vorzugsweise durch elektromagnetische Überbrückungsmittel sind die beiden Energiespeichersysteme überbrückbar, so daß das Zugmittel 2 starr am Meßschlitten 8 angreift. Die beiden Energiespeichersysteme 7,9 können aber auch durch eine einfache mechanische Rast 14, die kraftabhängig schaltet, überbrückt sein.

Dieser Zustand bleibt während der Transportbewegung des Meßschlittens 8 von einer Meßstelle zur anderen erhalten. Auf diese Weise wird eine gleichmäßige, ruckfreie und feinfühlige Transportbewegung des Meßschlittens 8 erreicht, was besondere Bedeutung für schwerere Meßschlitten von Höhenmeßgeräten gemäß Figur 2 hat. Der Meßschlitten 2 ist über einstellbare Wälzlager spielfrei an dem als Hohlzylinder ausgebildeten Grundkörper 1 geführt.

Ohne diese starre Kopplung würde eine ungleichmäßige Transportbewegung eintreten. Vorteilhafterweise ist das Zugmittel 2 über vier Umlenkrollen 3,3' und 6,6' geführt. Zwischen der ersten angetriebenen Umlenkrolle 3 und der zweiten Umlenkrolle 6 sind ein erstes Energiespeichersystem 7 und ein Meßschlitten 8 hintereinandergekoppelt und zwischen einer dritten und einer vierten Umlenkrolle 6' und 3' sind ein zweites Energiespeichersystem 9 und ein Ausgleichsgewicht 16 aneinandergekoppelt.

Nahe der Meßebene sind die beiden Teile des Meßwandlers 12,13 an der Mantellinie des Grundkörpers 1 und im Meßschlitten 8 angeordnet. Der Grundkörper 1 stehtauf einem Fuß 15 und trägt an seinem oberen Ende eine schwenkbare Anzeige 26 mit Tastatur.

In einer zweiten Variante bestehen die beiden Energiespeichersysteme 7,9 aus zwei Federn.

Die erste Feder 17 ist gegen einstellbare Anschläge 18 im Zugmittel 2 vorgespannt eingesetzt. Ihre Vorspannkraft ist so eingestellt, daß sie größer ist als die Reibkräfte des Zugmittelgetriebes und kleiner ist als die gewünschte Meßkraft. Als zweite Feder 19 kann eine schwächere Zugfeder in Reihe zur ersten Feder 18 geschaltet sein, wobei die zweite Feder 19 nach unten vorgespannt und in Vorspannrichtung überbrückt ist.

Die Figur 4 zeigt ein Energiespeichersystem mit zwei ineinandergeschachtelten Druckfedern.

Die Impulse des Meßwandlers 12 gelangen über einen Positionszähler 25 an eine Schaltung oder einen Rechner 11. Dieser enthält eine Impulsdifferenzregelung. Die Impulse vom Motormeßwandler 5 gelangen ebenfalls an den Rechner 11. Die Schaltung 11 enthält einen Vorzeichen-/Betragszähler21, an dessen Vor- und Rückwärtseingang gleichzeitig die Impulse der Meßwandler 5 und 12 gelangen. Der Betragsausgang des Zählers 21 ist je mit einem Eingang zweier Komparatoren 2,23 verbunden.

Am anderen Eingang der Komparatoren 21,23 ist der Betrag der unteren Meßkrafttoleranz und der Betrag der oberen Meßkrafttoleranz eingestellt. Die Ausgänge der Komparatoren 22,23 und der Vorzeichenausgang des Zählers 21 sind mit einer Motorsteuerung 24 mit Leistungsstufen verbunden. Von der Motorsteuerung 24 gelangen die Impulse zum Motor 4.

Während der Transportbewegung des Meßschlittens 8 mit überbrückten Energiespeichersystemen 7,9 liefern beide Meßwandler 12 und 5 die gleiche Anzahl von Impulsen.

Erst wenn der Meßschlitten 8 auf einen Prüfling aufsetzt oder sich relativ langsamer bewegt als der Motormeßwandler 5, entsteht am Ausgang des Zählers 21 ein Betrag. Nach dem Stillsetzen des Meßschlittens 8 auf einem Prüfling liefert nur noch der Motormeßwandler 5 Impulse, die der Zähler 21 zählt. Überschreitet der Betrag am Ausgang des Zählers 21 den Betrag der unteren Meßkrafttoleranz, so schaltet der erste Komparator 22 um. Über die Motorsteuerung 24 wird dann der Motor 4 stillgesetzt.

Immer wenn am Ausgang des Zählers 21 ein Betrag entsteht, wird die Überbrückung 10 aufgehoben.

Die Vorspannkraft der ersten Feder 17 liegt dann als Meßkraft am Meßschlitten 8 an.

Bis zum Überschreiten der unteren Meßkrafttoleranz spannt der Motor 4 die erste Feder 17 noch weiter vor, bis die gewünschte Meßkraft in voller Höhe erreicht ist. Das sich auf der anderen Seite lockernde Zugmittel 2 wird durch die zweite Feder 19 des anderen Energiespeichersystems 9 gestrafft.

Auf diese Weise wird die Meßkraft bei einfachen Längenmessungen aufgebracht. Diese Meßkraft bleibt aber auch konstant bei der Umkehrpunktsuche für Bohrungsmessungen oder bei der kontinuierlichen Abtastung geneigter Prüflingsflächen, wenn also derlVleßschlitten 8 zunächst einmal auf dem Prüfling stillstand und sich dann weiter iri die gleiche Richtung bewegt. Dabei nimmt

der Betrag am Zähler 21 ab bis er die untere Meßkrafttoleranz unterschreitet und der erste Komparator 22 zurückschaltet. Der Motor 4 wird wieder in die gleiche Richtung in Betrieb gesetzt, bis die untere Meßkrafttoleranz überschritten wird. Nach dem Durchführen des Umkehrpunktes bewegt sich der Meßschlitten 8 in umgekehrte Richtung, wobei sich der Betrag am Zähler 21 erhöht, bis die obere Meßkrafttoleranz überschritten wird und der zweite Komparator 23 umschaltet. Dadurch wird der Motor 4 in umgekehrte Richtung bewegt, bis die obere Meßkrafttoleranz wieder unterschritten und der zweite Komparator 23 zurückgeklappt ist.

Zur Bohrungsmessung muß der gegenüberliegende Um'kehrpunkt ebenfalls ausgemessen werden. Die Meßkraftrichtung ist dabei umgekehrt. Das Vorzeichen am Vorzeichen-/Betragszähler 21 ist negiert, wodurch der Motor 4 in die jeweils umgekehrte Richtung angesteuert wird, um die Meßkraft konstant zu halten.

Die Meßwerte des Meßwandlers 12 gelangen über einen Positionszähler 25 an eine Anzeige 26. Von der Anzeige 26 mit Tastatur können auch Bezugswerte und Toleranzen eingegeben werden.

Besonders vorteilhaftwirkt das Meßgerät bei der Umkehrpunktsuche oder wenn geneigte Prüflingsflächen kontinuierlich abgetastet werden sollen.

Die Meßkraft wird auch dabei immer konstant gehalten, weil der Motormeßwandler 5 der Bewegung des Meßschlittens 8 nachgeführt wird.

Claims (7)

1. Meßgerät mit einem Grundkörper, an dem ein ersterTeil eines Meßwandlers angebracht ist und an dem ein Meßschlitten mit einem zweiten Teil des Meßwandlers spiel- und reibungsarm geradegeführt ist, wobei ein Teil des Meßwandlers mit einem Positionszähler verbunden ist, der Meßschlitten an ein Zugmittel gekoppelt ist, das eine Feder enthält und über mindestens eine Rolle läuft, die durch einen Motor mit Meßsystem angetrieben ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine angetriebene Rolle (3) vorzugsweise in der Mitte eines Meßschlittens (8) entweder an diesem oder an einem Grundkörper (1) gelagert ist, zwei Zugmittel (2,2') wechselweise aufwickelbar an der Rolle

(3) angelenkt sind, die Zugmittel (2,2') je ein einstellbares Energiespeichersystem (7,9) enthalten, welche entgegen ihrer Zugrichtung (Z) durch einstellbare Anschläge überbrückt sind und die Zugmittel (2,2') entweder am Grundkörper (1) oder an den Enden des Meßschlittens (8) angebracht sind, wobei ein Motormeßwandler (5) und ein Meßwandler (12) an einen Rechner oder eine Schaltung (11) angeschlossen sind, die eine Impulsdifferenzregelung enthalten.

2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem geschlossenen Zugmittelgetriebe mit einem nichtdehnbaren Zugmittel (2), welches in der Länge einstellbar ist, vorzugsweise an einer ersten Umlenkrolle (3) ein Motor (4) mit Meßwandler (5) und das Zugmittel (2) schlupffrei angekoppelt sind, im Zugmittel (2) zwischen der ersten und einer zweiten Umlenkrolle (6) ein erstes Energiespeichersystem (7) angeordnet ist, zwischen der zweiten und der ersten Umlenkrolle (3) ein Meßschlitten (8) und ein zweites Energiespeichersystem (9) hintereinander gekoppelt sind, und so lange sich beide Meßwandler (5,12) bewegen, die Energiespeichersysteme (7,9) vorzugsweise durch elektromagnetische Mittel (10) überbrückt sind.

3. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiespeichersysteme (7, 9) in ihrer einfachsten Form aus einer Feder, insbesondere einer Zugfeder, bestehen, wobei beide Federn im Zugmittel (2) vorgespannt sind und die Feder, die zwischen dem Meßschlitten und der ersten Umlenkrolle (3) angeordnet ist, bis zum Überwinden einer Antriebskraft F_A, die über der Reibkraft F_R des Zugmittelgetriebes (2) und unter der gewünschten Meßkraft liegt, vorzugsweise durch eine mechanische oder elektromagnetische Rast (14) überbrückt ist.

4. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiespeichersysteme (7,9) jeweils aus zwei Federn bestehen, die ersten Federn (17) vorgespannt sind, so daß ihre Vorspannkraft F_v zwischen der Reibkraft F_R des Zugmittelgetriebes und der gewünschten Meßkraft F_M liegt, wobei die ersten Federn (17) durch einstellbare Anschläge (18), die nur in Richtung zur zweiten Umlenkrolle (6) wirken, überbrückt sind, die zweiten Federn (19) ebenfalls vorgespannt sind, jedoch eine kleinere Federkraft aufbringen als die ersten Federn (17) und in Vorspannrichtung überbrückt sind.

5. Meßgerät nach Anspruch 1, wobei der Grundkörper auf einem Fuß (15) montierbar hohlzylindrischer Ständer ist, dadurch gekennzeichnet, daß in einem geschlossenen Zugmittelgetriebe zusätzlich zwischen der ersten und der zweiten Umlenkrolle ein Ausgleichsgewicht (16) eingekoppelt ist, zum Ausgleich der Meßschlittenmasse in senkrechtem Betrieb des Gerätes.

6. Verfahren zur Erzeugung einer konstanten Meßkraft, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung des Gerätes nach Anspruch 1 die Anzahl der ständig an einer Schaltung oder einem Rechner anliegenden Impulse vom Motormeßsystem (5) und vom Meßwandler (12), wobei diese von einem Positionszähler (25) umgesetzt werden, auf einer konstanten Impulsdifferenz gehalten werden, indem der Motormeßwandler (5) der Bewegung des Meßwandlers (12) folgt.

7. Schaltung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Vorwärts- und Rückwärtseingang eines Vorzeichen-/Betragszählers (21) einerseits die Impulse des Meßwandlers (12) und andererseits die Impulse des Motormeßwandlers (5) zuführbar sind, der Betrag des Zählers (21) an je einen Eingang zweier Komparatoren (22,23) geführt wird, an deren zweiten Eingang der Betrag der unteren Meßkrafttoleranz und der Betrag der oberen Meßkrafttoleranz eingehbar ist, und an einer Motorsteuerung (24) mit Leistungsstufe für den Motor

(4) der Ausgang der Komparatoren und der Vorzeichenausgang des Zählers (21) angeschlossen sind.

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