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Die Erfindung betrifft ein metrologisches Instrument zum Messen einer oder mehrerer Oberflächeneigenschaften, wie der Form, z. B. der Rundheit, und/oder der Rauigkeit oder der Oberflächentextur.
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Ein Beispiel für ein derartiges metrologisches Instrument ist das von Taylor Hobson Limited in Leicester, England, UK hergestellte Instrument SURTRONIC 10. Das SURTRONIC 10 ist ein Gerät in Taschengröße, das in der Werkstatt dazu verwendet werden kann, eine In-situ-Messung einer Oberflächentextur auszuführen. Der Benutzer positioniert einfach das SURTRONIC 10 auf der zu messenden Oberfläche, und auf das Betätigen einer Taste hin wird eine einzelne Zahl angezeigt, die die gemessene Oberflächeneigenschaft repräsentiert.
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Wenn das SURTRONIC 10 auf der Oberfläche eines Werkstücks platziert wird, dessen Textur zu messen ist, und wenn es dann aktiviert wird, läuft die Spitze eines Stifts entlang einem Messpfad über die Oberfläche. Der Stift ist schwenkbar angebracht, damit seine Spitze Änderungen der Oberfläche aufgrund der Textur oder der Rauigkeit derselben folgen kann. Der Stift ist mit einem piezoelektrischen Wandler verbunden, der auf die Schwenkbewegung des Stifts hin Ladungen erzeugt. Die vom piezoelektrischen Wandler erzeugten Ladungen werden verarbeitet, um für einen Messwert der Oberflächenrauigkeit oder der Textur zu sorgen, der auf einem Schirm angezeigt wird.
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Das SURTRONIC 10 hat zum Messen von Oberflächeneigenschaften weite Anwendbarkeit gefunden. Jedoch ist das SURTRONIC 10 schwierig zu handhaben, wenn die zu messende Oberfläche für den Benutzer schwer zugänglich ist. Auch kann der Schutz der Stiftspitze gegen Beschädigung, wenn sie sich nicht in Gebrauch befindet, ein Problem sein, und es muss ein spezieller Schiebeverschluss vorhanden sein, der von Hand zur Messung geöffnet und zur Aufbewahrung geschlossen werden muss.
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Ein gattungsgemäßes Instrument zur Rauheitsmessung ist in
DD 262 079 A1 offenbart. Allerdings ist der Sensor dieses Instruments im Revolverkopf einer Werkzeugmaschine untergebracht.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein metrologisches Instrument, bzw. eine Messeinheit oder Benutzerschnittstelleneinheit zu schaffen, die leicht und vielseitig handhabbar ist.
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Die Lösung der Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche erreicht. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen.
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Gemäß einer Erscheinungsform ist durch die Erfindung ein metrologisches Instrument mit einer Messeinheit geschaffen, die so angeordnet ist, dass sie eine Fernkommunikation ohne körperliche Verbindung zu einer Benutzerschnittstelleneinheit aufweist.
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Gemäß einer Erscheinungsform der Erfindung ist ein metrologisches Instrument mit einer Messeinheit und einer Benutzerschnittstelleneinheit geschaffen, wobei die Messeinheit und die Benutzerschnittstelleneinheit trennbar sind und sie so angeordnet sind, dass sie ohne physikalische Verbindung, zumindest dann, wenn die Einheiten getrennt sind, eine Fernkommunikation miteinander ausführen. Die Benutzerschnittstelle kann eine Display und/oder eine vom Benutzer bedienbare Steuereinheit aufweisen. Die Fernübertragungsstrecke kann eine Infrarot-Übertragungsstrecke sein.
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Gemäß einer Erscheinungsform der Erfindung ist ein metrologisches Instrument mit einer Messeinheit und einer weiteren Einheit geschaffen, wobei die Einheiten so ausgebildet sind, dass sie in einer ersten Konfiguration, bei der die Messeinheit einen Messvorgang ausführen kann, und in einer zweiten Konfiguration, in der die Messeinheit durch die weitere Einheit geschützt oder abgedeckt ist, miteinander verbunden werden. Vorzugsweise verfügt die weitere Einheit über eine Benutzerschnittstelleneinheit, die für das Instrument ein Display und/oder eine Steuereinheit aufweisen kann.
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Gemäß einer Erscheinungsform der Erfindung ist ein metrologisches Instrument mit Folgendem geschaffen: einer Messeinheit mit einem schwenkbar angebrachten Stift mit einer Stiftspitze zum Überqueren einer zu messenden Fläche, einer Einrichtung zum Verfahren der Stiftspitze entlang einem Überquerungspfad über die Fläche Spitze in gemessen und einem Wandler zum Erzeugen eines Signals, das die Schwenkbewegung des Stifts anzeigt, wenn die Stiftspitze die Oberfläche überquert; und einer Benutzerschnittstelleneinheit zum Versorgen eines Benutzers mit einem Ergebnis, das für eine Eigenschaft der gemessenen Oberfläche repräsentativ ist und aus dem Wandlersignal hergeleitet wird, wobei die Messeinheit und die Benutzerschnittstelleneinheit voneinander trennbar sind und so ausgebildet sind, dass sie in einer ersten Konfiguration, in der die Messeinheit einen Messvorgang ausführen kann, und einer zweiten Konfiguration, in der die Stiftspitze durch die Benutzerschnittstelleneinheit geschützt ist, miteinander verbindbar sind.
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Gemäß einer anderen Erscheinungsform ist durch die Erfindung eine Messeinheit für ein metrologisches Instrument geschaffen, die über eine Einrichtung für Fernkommunikation, z. B. mittels Infrarotstrahlung, mit einer Benutzerschnittstelleneinheit des Instruments verfügt.
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Gemäß einer anderen Erscheinungsform ist durch die Erfindung eine Benutzerschnittstelleneinheit für ein metrologisches Instrument geschaffen, die über eine Einrichtung für Fernkommunikation, z. B. durch Infrarotstrahlung, mit einer Benutzerschnittstelleneinheit des metrologischen Instruments verfügt.
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Gemäß einer anderen Erscheinungsform ist durch die Erfindung eine Messeinheit für ein metrologisches Instrument geschaffen, die so ausgebildet ist, dass sie mit einer Benutzerschnittstelleneinheit des metrologischen Instruments in mindestens zwei verschiedenen Konfigurationen verbindbar ist, wobei die Messeinheit einen Messvorgang ausführen kann, wenn die Einheiten in einer ersten Konfiguration verbunden sind, und sie gegen Beschädigung geschützt ist, wenn die Einheiten in einer zweiten Konfiguration verbunden sind.
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Gemäß einer anderen Erscheinungsform ist durch die Erfindung eine Benutzerschnittstelleneinheit für ein metrologisches Instrument geschaffen, die mit einer Messeinheit in mindestens zwei verschiedenen Konfigurationen verbindbar ist, wobei die Messeinheit in einer ersten Konfiguration eine Messung ausführen kann und sie in einer zweiten Konfiguration durch die Benutzerschnittstelleneinheit gegen Beschädigung geschützt ist.
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Bei einem die Erfindung verkörpernden metrologischen Instrument erlaubt die Fähigkeit einer Fernkommunikation, d. h. einer Kommunikation ohne körperliche Verbindung mit einer Benutzerschnittstelle, die Messeinheit an einem Ort zu platzieren, der schwierig zugänglich wäre, wenn sie dauerhaft mit der Benutzerschnittstelle verbunden wäre. Auch bedeutet die Tatsache, dass eine Fernkommunikation ohne jede körperliche Verbindung zwischen den zwei Einheiten bewerkstelligt wird, dass der Benutzer die Benutzerschnittstelleneinheit neu positionieren oder handhaben kann, nachdem die Messeinheit am gewünschten Messort platziert wurde, ohne dass die Position der Messeinheit beeinflusst wird.
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Gemäß einer Erscheinungsform der Erfindung ist ein metrologisches Instrument zum Messen einer Eigenschaft einer Fläche eines Werkstücks geschaffen, wobei das metrologische Instrument über eine Steuereinheit und eine Verfahreinheit verfügt, wobei die Steuereinheit eine Benutzerschnittstelle aufweist und die Verfahreinheit eine Einrichtung zum Erzeugen eines für die Eigenschaft der Fläche repräsentativen Signals aufweist, wobei die Steuereinheit und die Verfahreinheit so ausgebildet sind, dass ein Signal von der Steuereinheit einen Messvorgang für die Oberflächeneigenschaft durch die Verfahreinheit mittels Fernsteuerung starten kann. Durch Errichten einer Fernsteuerverbindung zwischen der Verfahreinheit und der Steuereinheit kann der Benutzer, wenn die Steuereinheit einmal auf der zu messenden Fläche platziert wurde, eine Messung nach Wunsch zu beliebiger Zeit starten, ohne dass er direkten Zugriff auf die Verfahreinheit haben muss.
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Die Begriffe „Fernkommunikation“ und „Fernsteuerung“ werden in der Bedeutung verwendet, dass Signale zwischen der Benutzerschnittstelle oder der Steuereinheit und der Mess- oder Verfahreinheit ohne körperliche Verbindung zwischen den Einheiten übertragen werden, d. h., dass kein Draht, keine optische Faser oder dergleichen vorhanden ist, die die Steuereinheit körperlich mit der Verfahreinheit verbinden würde. Dies bedeutet, dass der Benutzer die Steuereinheit bewegen oder einstellen kann, ohne dass er die Positionierung der Verfahreinheit beeinflussen würde.
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Bei einer Ausführungsform verfügen die Steuereinheit und die Verfahreinheit über eine im Infraroten arbeitende Sende- und Empfangsschaltung zum Erzeugen der Fernverbindung. Die Verwendung von Infrarotstrahlung statt einer Funk (HF) übertragung ist wegen der geringeren Kosten und der geringeren Empfindlichkeit von Störungen von Vorteil.
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Bei einer Ausführungsform beinhalten sowohl die Benutzerschnittstelleneinheit oder Steuereinheit als auch die Mess- oder Verfahreinheit eine integrierte Schaltung mit einer Modulationsschaltung, einer Sender-Treiberschaltung und einem Sender zum Erzeugen einer Sendeschaltung sowie einen Empfänger und einen Demodulator zum Erzeugen einer Empfangsschaltung, um dadurch die Größe und, insbesondere im Fall der Massenherstellung, die Kosten zu senken.
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Bei einer Ausführungsform verfügt die Mess- oder Verfahreinheit über mehrere Empfänger, die an verschiedenen Positionen an ihr für Kommunikation mit der Steuer- oder Benutzerschnittstelleneinheit angebracht sind. Dies ermöglicht es, dass Kommunikation selbst dann noch auftritt, wenn einer der Empfänger aus irgendeinem Grund verdeckt ist. Die Verwendung mehrerer Empfänger ist dann besonders vorteilhaft, wenn Kommunikation optisch ausgeführt wird, z. B. unter Verwendung von Infrarotstrahlung, da diese die Möglichkeit verbessert, dass zwischen einem Sender und einem Empfänger selbst dann eine Sichtlinie vorhanden ist, wenn die Verfahr- oder Messeinheit an einem eingeengten Ort positioniert ist.
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Gemäß einer Erscheinungsform der Erfindung ist ein metrologisches Instrument mit einer Steuereinheit mit einer ersten Verbindungseinrichtung und einer Mess- oder Verfahreinheit mit einer zweiten Verbindungseinrichtung für Verbindung mit der ersten Verbindungseinrichtung geschaffen, wobei die Verfahreinheit und die Steuereinheit über eine Datenkommunikationseinrichtung verfügen, um Fernkommunikation zwischen den Einheiten dann zu ermöglichen, wenn diese voneinander getrennt sind, wobei die Datenkommunikationseinrichtung so ausgebildet ist, dass dann, wenn die Steuereinheit und die Mess- oder Verfahreinheit über die erste und die zweite Verbindungseinrichtung verbunden sind, die Datenkommunikationseinrichtung der Steuereinheit benachbart zur Datenkommunikationseinrichtung der Verfahreinheit liegt. Dies ermöglicht es, dass Kommunikation zwischen den Einheiten auf dieselbe Weise und unter Verwendung derselben Kommunikationseinrichtung erfolgt, wenn die Einheiten miteinander verbunden sind und wenn sie voneinander getrennt sind.
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Bei einer Ausführungsform verfügt die Verfahr- oder Messeinheit über eine dritte Verbindungseinrichtung, die so ausgebildet ist, dass die Steuereinheit über die erste und dritte Verbindungseinrichtung so mit der Mess- oder Verfahreinheit verbindbar ist, dass diese durch den Körper der Steuereinheit geschützt ist. Bei einer Ausführungsform schützt der Körper der Steuereinheit eine Stiftspitze der Mess- oder Verfahreinheit, wenn die zwei Einheiten über die erste und dritte Verbindungseinrichtung miteinander verbunden sind.
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Gemäß einer Erscheinungsform der Erfindung ist ein metrologisches Instrument zum Messen einer Eigenschaft einer Oberfläche eines Werkstücks durch Bewegen einer Stiftspitze über die zu messende Oberfläche geschaffen, wobei dieses metrologische Instrument eine Steuereinheit und eine Verfahreinheit aufweist, wobei die Steuereinheit über eine Benutzerschnittstelle und einen ersten Verbinder verfügt und die Verfahreinheit über einen Stiftarm zum Halten der Stiftspitze, eine Einrichtung zum Erzeugen eines für die Eigenschaft der Oberfläche repräsentativen Signals auf eine Bewegung der Stiftspitze über die Oberfläche sowie einen zweiten Verbinder aufweist, wobei die Steuereinheit und die Verfahreinheit so ausgebildet sind, dass ein Signal von der Steuereinheit den Messvorgang für die Oberflächeneigenschaft durch die Verfahreinheit auslösen kann, wobei der erste Verbinder so ausgebildet ist, dass er mit dem zweiten Verbinder in Eingriff tritt, um die Steuereinheit und die Verfahreinheit miteinander so zu verbinden, dass der Körper der Steuereinheit die Stiftspitze schützt, wenn die Vorrichtung nicht in Gebrauch ist.
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Nun werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
- 1 ist ein schematisches Diagramm einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen metrologischen Instruments, das so positioniert ist, dass es eine Messung einer Oberflächeneigenschaft eines Werkstücks vornimmt;
- 2 ist ein sehr schematisches Blockdiagramm der Schaltungsanordnung in einer Benutzerschnittstelleneinheit oder Steuereinheit und einer Mess- oder Verfahreinheit des in der 1 dargestellten metrologischen Instruments;
- 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen metrologischen Instruments;
- 4 ist eine Draufsicht einer Fläche der Steuereinheit der zweiten Ausführungsform;
- 5 ist eine Draufsicht einer Fläche der Verfahreinheit der zweiten Ausführungsform;
- 6 ist ein sehr schematisches Blockdiagramm der Schaltungsanordnung in der Steuereinheit und der Verfahreinheit des in der 3 dargestellten metrologischen Instruments;
- 7 zeigt eine Seitenansicht eines Teils der Steuereinheit und eines Teils der Messeinheit einer anderen Ausführungsform mit einer anderen Verbindungseinrichtung;
- 8 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teils der Steuereinheit und eines Teils der Messeinheit, die in der 7 dargestellt sind, wobei die Oberseite der Messeinheit erkennbar ist;
- 9 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teils der Steuereinheit und eines Teils der Messeinheit, die in der 7 dargestellt sind, wobei die Unterseite der Steuereinheit erkennbar ist; und
- 10 zeigt eine Rückansicht eines Teils der in der 7 dargestellten Steuereinheit.
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Nur zu beispielhaften Zwecken wird die Erfindung als Erstes in Zusammenhang mit einem batteriebetriebenen metrologischen Instrument beschrieben, das ein Maß für die Oberflächenrauigkeit oder die Textur einer Oberfläche eines Werkstücks, auf dem es positioniert ist, beim Betätigen einer Taste ausgibt.
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Die 1 zeigt ein metrologisches Instrument aus zwei gesonderten Teilen, nämlich einer Benutzerschnittstelleneinheit oder Steuereinheit 6 sowie einer Mess- oder Verfahreinheit 12. Die Verfahreinheit 12 wird auf der zu messenden Oberfläche 2 eines Werkstücks 4 platziert, während sich die Steuereinheit 6 entfernt von der Verfahreinheit 12 befindet. Die Verfahreinheit verfügt über einen Indexstab 14 (in der 1 durch einen weggeschnittenen Bereich erkennbar, der durch gestrichelte Linien gekennzeichnet ist). Ein Wagen 16 ist für eine Bewegung entlang dem Indexstab 14 angebracht. Am Wagen 16 ist ein eine Stiftspitze 20 aufweisender Stiftarm 18 schwenkbar angebracht. Die Steuer- oder Benutzerschnittstelleneinheit 6 verfügt über eine Steuertaste 8 und ein Display 10, im Allgemeinen ein LCD (Flüssigkristalldisplay).
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Nun wird der Betrieb des erfindungsgemäßen metrologischen Instruments unter Bezugnahme auf die 2 beschrieben, die die Hauptelemente der Schaltungsanordnung der Steuereinheit 6 und der Verfahreinheit 12 zeigt.
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Eine Oberflächenmessung wird durch eine Benutzeranweisung über die mit einem Prozessor 30 verbundene Taste 8 ausgelöst. Auf das Betätigen der Taste 8 hin liefert der Prozessor 30 über eine Infrarot(IR)-Kommunikationsstrecke ein Signal an einen in der Verfahreinheit vorhandenen Prozessor 36. Die Infrarot-Kommunikationsstrecke wird durch ein Steuereinheit-IR-Modul 32 und ein Verfahreinheit-IR-Modul 34 gebildet.
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Wenn der Prozessor 36 der Verfahreinheit das Signal vom Prozessor 30 der Steuereinheit dahingehend empfängt, dass eine Messung auszuführen ist, liefert der Prozessor 36 der Verfahreinheit ein Signal an eine Motoransteuerschaltung 38. Diese Motoransteuerschaltung 38 aktiviert einen Motor 40, um den Wagen 16 ausgehend von einer Startposition entlang dem Indexstab 14 zu bewegen. Während der Wagen 16 entlang dem Indexstab 14 bewegt wird, wird die am schwenkbaren Stiftarm 18 angebrachte Stiftspitze 20 entlang einem Mess- oder Überquerungsweg über die Oberfläche gezogen. Die Bewegung des Stiftarms 20 auf Rauigkeiten der Oberfläche 2 hin sorgt dafür, dass der Stiftarm um seine Schwenkachse schwenkt.
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Wenn der Wagen 16 das andere Ende seines Laufwegs erreicht, kehrt der Motor 40 unter Steuerung durch den Prozessor 36 die Bewegungsrichtung des Wagens 16 um und fährt diesen in die Startposition zurück.
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Die Schwenkbewegung des Stiftarms 18 wird durch eine Messeinrichtung 42 überwacht. Bei dieser Ausführungsform verfügt die Messeinrichtung 42 über einen piezoelektrischen Wandler, der so ausgebildet ist, dass eine Schwenkbewegung des Stiftarms 18 für Variationen der auf ein piezoelektrisches Element wirkenden Kraft sorgt. Da die Kraft variiert, werden an entgegengesetzten Seiten des piezoelektrischen Elements zueinander entgegengesetzte Ladungen erzeugt, wobei das Vorzeichen der Ladungen davon abhängt, ob die Kraft auf den piezoelektrischen Kristall zunimmt oder abnimmt.
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Die erzeugten Ladungen werden an eine Vorverstärkerschaltung 44 geliefert, die sie in ein Spannungssignal auf geeignetem Pegel für die weitere Verarbeitung umsetzt. Das Spannungssignal wird an einen Gleichrichter 46 geliefert, und das gleichgerichtete Signal wird an einen Integrierer 48 geliefert, was alles der herkömmlichen Form entspricht.
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Auf Signale vom Prozessor 36 der Verfahreinheit hin integriert der Integrierer 48 das vom Gleichrichter 46 empfangene gleichgerichtete Signal, wenn die Stiftspitze entlang dem Messweg über die Oberfläche 2 des Werkstücks 4 gezogen wird, was für eine eingestellte Zeitperiode erfolgt. Der Fachmann erkennt, dass der Pegel des integrierten Signals die Rauigkeit der Oberfläche 2 anzeigt.
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Das integrierte Signal wird an einen Analog-Digital-Wandler (ADC) 50 geliefert, der es in ein digitales Signal umsetzt, das einen die Rauigkeit der Oberfläche 2 anzeigenden Messwert bildet, und er liefert das digitale Signal an den Prozessor 36 der Verfahreinheit. Dann liefert der Prozessor 36 der Verfahreinheit den Messwert über die Infrarotstrecke 32, 34 an den Prozessor 30 der Steuereinheit, und dieser liefert ein Anzeigesignal an das Display 10, damit der Messwert dem Benutzer angezeigt wird.
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Bei dieser Ausführungsform sind alle Elemente der Verfahreinheit 12 mit entsprechenden Elementen des SURTRONIC 10 identisch, mit Ausnahme des Prozessors 36 in der Verfahreinheit und des Verfahreinheit-IR-Moduls 34.
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Bei dieser Ausführungsform sind sowohl das Steuereinheit-IR-Modul 32 als auch das Verfahreinheit-IR-Modul 34 integrierte Schaltungschips RPM-800CBL, die von Rohm Co., Ltd., Japan verfügbar sind. Der Chip RPM-800CBL beinhaltet eine Modulationsschaltung, einen LED-Treiber und eine Licht emittierende Diode zum Senden von Information und eine Fotodiode und eine Demodulationsschaltung zum Empfangen von Information. Der Chip RPM-800CBL ist mit den Kommunikationssystemen IrDA und ASK kompatibel. Bei dieser Ausführungsform wird das Kommunikationssystem IrDA verwendet.
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Der integrierte Chip RPM-800CBL beinhaltet einen Spannungsabschaltmodus, der niedrigen Stromverbrauch erlaubt, wenn das Instrument nicht verwendet wird, um dadurch die Batterielebensdauer zu verlängern. Bei dieser Ausführungsform wird die Steuereinheit 6 durch einmaliges Betätigen der Taste 8 eingeschaltet, und die Verfahreinheit 12 wird auf ein IR-Signal hin eingeschaltet, das von der Steuereinheit 6 gesendet wird, wenn die Taste 8 ein zweites Mal betätigt wird. Es ist zu beachten, dass zum Einschalten der Verfahreinheit 12 andere IR-Sender- und Empfänger verwendet werden können als diejenigen, die während des Messvorgangs verwendet werden, da es sich um unabhängige Funktionen handelt.
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Der integrierte Chip RPM-800CBL beinhaltet auch eine Echoeigenschaft, um eine Bestätigung dahingehend zu ermöglichen, dass ein Signal sicher empfangen wurde. Durch die Echoeigenschaft sendet der zweite Chip, wenn von ihm ein von einem ersten Chip gesendetes Signal empfangen wird, das Signal an den ersten Chip zurück, der dann das zurückgesendete Signal mit dem ursprünglich gesendeten Signal vergleichen kann, um sicheren Empfang zu verifizieren.
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Bei dieser Ausführungsform sind der Prozessor 30 der Steuereinheit und der Prozessor 36 der Verfahreinheit 8-Bit-CMOS-Prozessoren PIC17C4LA, die von PIC Microsystems verfügbar sind.
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Nun wird eine zweite Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die 3 bis 6 beschrieben. Komponenten, die mit solchen identisch sind, wie sie bei der ersten Ausführungsform beschrieben wurden, sind mit denselben Zahlen wie bei der ersten Ausführungsform gekennzeichnet. Die Benutzerschnittstelleneinheit oder Steuereinheit 6 oder Mess- oder Verfahreinheit 12 der zweiten Ausführungsform sind Körper mit mehreren Flächen, insbesondere Quader mit sechs Flächen, wobei in der 3 jeweils drei Flächen der Steuereinheit 6 und der Verfahreinheit 12 erkennbar sind.
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Gemäß den 3 bis 5 sind die Taste 8 und das Display 10 an einer Fläche 100 der Steuereinheit 6 angebracht. An einer Fläche 62 benachbart zur Fläche 100 befindet sich ein erstes IR-durchlässiges Fenster 70. Das Steuereinheit-IR-Modul 32 ist hinter dem ersten Fenster 70 positioniert, wie es aus der 4 erkennbar ist, in der das Steuereinheit-IR-Modul 32 durch gestrichelte Linien gekennzeichnet ist.
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In einer Fläche 102 der Steuereinheit 6, die angrenzend rechtwinklig zu den Flächen 100 und 62 angeordnet ist, befindet sich ein zweites IR-durchlässiges Fenster 78. Hinter dem zweiten Fenster 78 befindet sich ein zweites Steuereinheit-IR-Modul (in der 3 nicht dargestellt).
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Wie es in der 3 dargestellt ist, steht die vom Stiftarm 18 gehaltene Stiftspitze 20 über eine Fläche 104 der Verfahreinheit 12 vor. Wie es in der 5 dargestellt ist, befindet sich, ein Fenster 72 in einer Fläche 66 der Verfahreinheit 12, die der Fläche 104 gegenübersteht. Das Verfahreinheit-IR-Modul 34 befindet sich hinter dem Fenster 72, wie es durch gestrichelte Linien in der 5 dargestellt ist. In einer Fläche 106, die sich rechtwinklig benachbart zu den Flächen 104 und 66 erstreckt, befindet sich ein Fenster 80. Obwohl es in der 3 nicht dargestellt ist, befindet sich hinter dem Fenster 80 ein zweites Verfahreinheit-IR-Modul.
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Bei der zweiten Ausführungsform sind die Steuereinheit 6 und die Verfahreinheit 12 miteinander verbindbar. Auf der Fläche 62 des Körpers der Steuereinheit 6 befinden sich zwei Vorsprünge 64, wie es in der 3 und der 4 dargestellt ist, und in der Fläche 66 des Körpers der Verfahreinheit 12 sind zwei entsprechende Aussparungen 68 ausgebildet, wie es in der 5 dargestellt ist, wobei jeder der Vorsprünge 64 in eine jeweils andere Aussparung 68 eingreifen kann, um die Steuereinheit 6 und die Verfahreinheit 12 zu verbinden.
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Die Fenster 70 und 72 der IR-Module 32 und 34 sind so angeordnet, dass dann, wenn sich die Vorsprünge 64 in den Aussparungen 68 befinden, die Fenster 70 und 72 einander gegenüberstehen, wodurch das Steuereinheit-IR-Modul hinter dem Fenster 70 mit dem Verfahreinheit-IR-Modul 34 hinter dem Fenster 72 kommunizieren kann. Dies ermöglicht es, dass dann, wenn die Position der zu messenden Oberfläche nicht schwierig zu erreichen ist, eine Messung ausgeführt werden kann, während die Steuereinheit und die Verfahreinheit miteinander verbunden sind, wobei dieselbe Datenkommunikationsanordnung wie dann verwendet wird, wenn eine Messung erfolgt, während die Steuereinheit entfernt von der Verfahreinheit positioniert ist.
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Wie es in der 6 dargestellt ist, unterscheidet sich die Schaltungsanordnung der Steuereinheit 6 und der Verfahreinheit 12 der zweiten Ausführungsform von der von der ersten Ausführungsform dadurch, dass ein erstes und ein zweites IR-Modul 32 und 32' in der Steuereinheit 6 eingebaut sind und ein erstes und ein zweites IR-Modul 34 und 34' in der Verfahreinheit 12 eingebaut sind. Wie es oben unter Bezugnahme auf die 3 beschrieben wurde, befindet sich das erste IR-Modul 32 der Steuereinheit 6 hinter dem Fenster 70, und das erste IR-Modul 34 der Verfahreinheit 12 befindet sich hinter dem Fenster 72, während sich das zweite IR-Modul 32' der Steuereinheit 6 hinter dem Fenster 78 befindet und sich das zweite IR-Modul 34' der Verfahreinheit 12 hinter dem Fenster 80 befindet.
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Das in den 3 bis 6 veranschaulichte metrologische Instrument arbeitet auf dieselbe Weise wie das in den 1 und 2 dargestellte Instrument, jedoch mit der Ausnahme, dass es das in den 3 bis 6 dargestellte Instrument ermöglicht, die Steuereinheit und die Verfahreinheit auf solche Weise miteinander zu verbinden, dass Messungen und Kommunikationsvorgänge auf dieselbe Weise vorgenommen werden können wie dann, wenn die Einheiten entfernt voneinander positioniert sind. Auch wird, beim in den 3 bis 6 dargestellten Instrument, wenn entweder die Steuereinheit oder die Verfahreinheit Information zu senden wünscht, als Erstes ein die Information enthaltendes Signal durch eines der zwei IR-Module dieser Einheit gesendet. Wenn dieses IR-Modul kein Echosignal erfasst, wird die Information erneut unter Verwendung des anderen der zwei IR-Module gesendet. Auf diese Weise ist die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass zwischen einem Sender in einer Einheit und einem Empfänger in der anderen Einheit eine Sichtlinie existiert, was es ermöglicht, Information zwischen den zwei Einheiten zu übertragen.
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Wie es aus der 3 erkennbar ist, befinden sich bei dieser Ausführungsform zwei zusätzliche Aussparungen 82 in der Fläche 76, aus der die Stiftspitze 20 vorsteht. Die Aussparungen 82 sind so angeordnet, dass die Vorsprünge 64 in der Fläche 62 des Körpers der Steuereinheit 6 in ihnen positioniert werden können, um die Steuereinheit 6 und die Verfahreinheit so zu verbinden, dass die Fläche 62 der Steuereinheit der Fläche 104 der Verfahreinheit gegenübersteht. So können die Steuereinheit 6 und die Verfahreinheit 12, wenn sie nicht in Gebrauch sind, auf solche Weise verbunden werden, dass der Körper der Steuereinheit 6 die Stiftspitze 20 gegen Beschädigungen schützt.
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Wie es in der 3 dargestellt ist, ist in der Fläche 62 des Körpers der Steuereinheit 6 eine Vertiefung 62a vorhanden, um die Stiftspitze 20 aufzunehmen.
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An den oben beschriebenen Ausführungsformen kann eine Anzahl von Modifizierungen vorgenommen werden, ohne vom erfindungsgemäßen Konzept der Erfindung abzuweichen. Nun werden einige dieser Modifizierungen beschrieben.
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Es ist zu beachten, dass es für die Erfindung nicht erforderlich ist, dass das metrologische Instrument einen piezoelektrischen Wandler zum Ausführen einer Messung verwendet. Zu anderen möglichen Wandlern gehören zum Beispiel ein induktiver Wandler, ein kapazitiver Wandler oder ein interferrometrisches Messsystem.
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Bei den obigen Ausführungsformen wird von der Steuereinheit ein Signal an die Verfahreinheit übertragen, um eine Messung einer Messoberfläche durch die Verfahreinheit auszulösen, und von der Verfahreinheit wird über eine IR-Übertragungsstrecke ein Messwert an die Steuereinheit gesendet, der die Oberflächenrauigkeit der Messoberfläche anzeigt. Bei anderen metrologischen Instrumenten kann zwischen der Verfahreinheit und der Steuereinheit zusätzlich Information übertragen werden, ohne dass vom Konzept der Erfindung abgewichen wird. Das Verarbeiten der Rohdaten vom Wandler kann entweder durch den Prozessor 36 der Verfahreinheit oder den Prozessor 30 der Steuereinheit ausgeführt werden. Zum Beispiel kann die Höhe der Messoberfläche an mehreren Punkten entlang einer Überquerungslinie der Stiftspitze 20 zur weiteren Verarbeitung an die Steuereinheit übertragen werden.
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Die obigen Ausführungsformen betreffen batteriebetriebene metrologische Instrumente von Taschengröße. Der Fachmann erkennt, dass die oben beschriebenen erfindungsgemäßen Konzepte auch bei netzspannungsbetriebenen Instrumenten angewandt werden können. Ferner muss weder die Steuereinheit noch die Verfahreinheit von Taschengröße sein, obwohl davon ausgegangen wird, dass die Erfindung besondere Anwendung dann findet, wenn zumindest die Verfahreinheit von Hand tragbar ist.
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Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen verfügen die Überquer-Mess-Einheit und die Steuereinheit oder Benutzerschnittstelleneinheit über ein quaderförmiges Gehäuse. Es ist jedoch zu beachten, dass die Messeinheit und die Benutzerschnittstelleneinheit bei der ersten Ausführungsform jede gewünschte Form oder Gestalt aufweisen können. Bei einer zweiten Ausführungsform können die Gehäuse der Benutzerschnittstelleneinheit und der Messeinheit erneut jede gewünschte Gestalt oder Form aufweisen, vorausgesetzt, dass, selbstverständlich, die zwei Einheiten über Flächen verfügen, die den Flächen 62, 66 und 104 entsprechen, die miteinander zusammenwirken können, um ein Verbinden der zwei Einheiten zu ermöglichen, wie oben beschrieben.
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Auch können im Fall der zweiten Ausführungsform die Aussparungen 82 weggelassen werden, wenn das Vorstehen der Stiftspitze oder eines anderen Messsensors nicht kritisch ist. Es ist auch zu beachten, dass jede andere geeignete Form einer Verbindungseinrichtung verwendet werden kann, zum Beispiel Haken, Schrauben, eine magnetische oder eine Schiebe-Verbindung, eine Klebeverbindung, eine Velcro(registrierte Handelsmarke)-Verbindung oder dergleichen, dass jedoch die Verwendung von Vorsprüngen und Aussparungen für eine einfache Art zum Verbinden der zwei Einheiten sorgt. Auch könnten, selbstverständlich, die Orte der Vorsprünge und Aussparungen umgekehrt werden.
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In den 7, 8, 9 und 10 ist eine andere Art einer Verbindungseinrichtung dargestellt. Wie es am deutlichsten aus der 8 erkennbar ist, sind in der Fläche 66 der Verfahreinheit 12 drei Löcher 126, 128 und 130 ausgebildet. Wie es am deutlichsten aus der 9 erkennbar ist, erstreckt sich von der Fläche 62 der Steuereinheit ein L-förmiger Vorsprung 120 mit einem langen Arm 132 und einem kurzen Arm 134 sowie zwei gekrümmten Vorsprüngen 122 und 124.
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Die gekrümmten Vorsprünge 122 und 124 bestehen aus starrem Material, und sie sind so angeordnet, dass sie in die Löcher 128 bzw. 130 eingeführt werden können. Der lange Arm 132 des L-förmigen Vorsprungs 120 ist mit der Fläche 62 verbunden, und der kurze Arm 134 steht von der Mitte der Fläche 62 ab.
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Der L-förmige Vorsprung 120 ist zum Inneren des Gehäuses der Steuereinheit so angebracht, dass er zu den gekrümmten Abschnitten 122 und 124 hin verschwenkbar ist, jedoch so, dass er von den gekrümmten Abschnitten weg vorgespannt ist. Wie es in der 10 dargestellt ist, ist ein Teil 150 der Montageeinrichtung des Vorsprungs 120 durch einen im Gehäuse 160 der Steuereinheit ausgebildeten Ausschnitt 140 hindurch erkennbar, so dass der Benutzer einen Finger dazu verwenden kann, den Vorsprung 120 entgegen der Vorbelastungskraft zu den gekrümmten Vorsprüngen 122 und 124 hin in eine Position zu verschieben, in der er durch das Loch 126 treten kann, während die gekrümmten Vorsprünge 122 und 124 durch die Löcher 128 bzw. 130 treten, um die Steuereinheit 6 und die Verfahreinheit 12 aneinander zu befestigen oder voneinander zu trennen. Wenn die Vorsprünge in den Löchern 10, 128 und 126 aufgenommen werden, kehrt der L-förmige Vorsprung 120 in die Position zurück, in der er vorgespannt ist, und der kurze Arm 134 des L-förmigen Vorsprungs 120 steht mit der Innenseite der Fläche 66 in Eingriff, um zu verhindern, dass die Steuereinheit 6 von der Verfahreinheit 12 getrennt wird. Die Steuereinheit und die Verfahreinheit können von einem Benutzer dadurch voneinander getrennt werden, dass er den Teil 150 herabdrückt, um den Vorsprung 120 von seiner vorgespannten Position weg zu bewegen. Die Bewegung des Vorsprungs 120 weg von seiner vorgespannten Position, um die Einheiten zu verbinden oder zu trennen, kann auch dadurch erzielt werden, dass die Steuereinheit in Bezug auf die Messeinheit verschwenkt wird.
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Es ist auch erkennbar, dass anstelle der Taste 8 jede Art eines von einem Benutzer bedienbaren Schalters oder von Schaltern verwendet werden könnte. Die Steuer- oder Schnittstelleneinheit kann auch mit einem Speicher zum Speichern von Messdaten und einer weiteren Kommunikationseinrichtung zum Ermöglichen einer Übertragung von Messdaten an zum Beispiel einen PC oder dergleich versehen sein.
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Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen ist die Steuereinheit einer einzelnen Verfahreinheit oder Messeinheit zugeordnet. Jedoch kann eine einzelne Steuereinheit mehreren Messeinheiten zugeordnet werden, die sich an verschiedenen Positionen auf einem Werkstück befinden. Derartige Messeinheiten können in einem Rahmen positioniert werden, der sie unter festen Relativabständen hält und es erlaubt, alle Messeinheiten gemeinsam zu bewegen. Alternativ können die Messeinheiten individuell beweglich sein. Ein Benutzer kann dann um das Werkstück herumgehen, wobei er die Steuereinheit von einer Messeinheit zur nächsten mitnimmt, um Messungen von jeder Messeinheit zu erhalten.
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Bei der zweiten Ausführungsform verfügen die Steuer- und die Messeinheit über jeweils IR-Module. Es ist jedoch erkennbar, dass weitere IR-Module in die Einheiten eingebaut werden können, um die Anzahl möglicher Sichtlinien zwischen den Einheiten weiter zu erhöhen. Bei beiden obigen Ausführungsformen kommunizieren die Steuereinheit und die Verfahreinheit über eine Infrarotstrecke miteinander. Jedoch können andere Arten der Fernkommunikation verwendet werden, zum Beispiel Funk-Telekommunikation, Ultraschall oder jede andere bekannte Art einer Fernübertragungsstrecke, ohne dass vom erfindungsgemäßen Konzept der Erfindung abgewichen wird.
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Vorzugsweise sind die Steuereinheit und die Verfahreinheit so ausgebildet, dass dann, wenn sie aktiviert sind, Signale dauernd oder periodisch zwischen der Steuereinheit und der Verfahreinheit übertragen werden, um zu testen, ob eine Sichtlinienverbindung existiert. Wenn eine Sichtlinienverbindung existiert, wird auf dem Display 10 ein Symbol angezeigt. Auf diese Weise kann der Benutzer erkennen, ob eine Sichtlinienverbindung existiert, und falls dies nicht der Fall ist, kann er die Steuereinheit herum bewegen, bis eine Sichtlinienverbindung errichtet ist.
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Die oben beschriebenen Ausführungsformen beinhalten IR-Module, bei denen eine Modulationsschaltung, eine Sender-Treiberschaltung, ein Sender, ein Empfänger und eine Demodulationsschaltung alle in einer einzelnen integrierten Schaltung untergebracht sind. Der Fachmann erkennt, dass diese Komponenten als diskrete Bauteile ausgebildet werden können. Ferner ist zu beachten, dass Prozessoren verwendet werden können, die vom bei den beschriebenen Ausführungsformen verwendeten speziellen Prozessor verschieden sind.
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Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen verfährt die Verfahr- oder Messeinheit eine verschwenkbare Stiftspitze 20 über die Oberfläche, um eine Messung zu bewerkstelligen. Jedoch ist es auch möglich, einen axial verstellbaren Stift zu verwenden, so dass sich der gesamte Stift in einer Richtung zur Oberfläche oder von dieser weg bewegt, wenn die Stiftspitze der Oberfläche folgt. Auch können andere Arten von Messsensoren verwendet werden, wie kontaktfreie Messsensoren, zum Beispiel kapazitive, Ultraschall-, Atomkraft- oder Interferenzmessungs-Sensoren. Die Verfahreinheit kann so ausgebildet sein, dass sie die Rundheit oder die Oberflächenform misst.
