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Die
Erfindung betrifft einen Längenmesstaster
und ein Messtastersystem, die insbesondere in Verbindung mit einem
Computer einsetzbar sind.
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Aus
den Patentschriften
DE
199 31 226 B1 ,
DE
199 37 204 B1 und
DE
199 37 205 B1 und der deutschen Patentanmeldung mit dem
Aktenzeichen 10 2004 017 992.1, die auf die Anmelderin der vorliegenden
Anmeldung lauten, sind induktive Längenmesstaster mit einem in
einem Gehäuse
verschiebbar gelagerten Tastelement bekannt, mit dem die Oberfläche eines
Werkstücks
mechanisch abgetastet wird. Eine in dem Gehäuse angeordnete Messeinrichtung
setzt die Auslenkung des Tastelementes in elektrische Signale um.
Hierzu ist das Tastelement mit einem Kern aus einem ferromagnetischen
Material starr verbunden, das in eine Spulenanordnung aus einer
Primärspule
und wenigstens einer Sekundärspule
eintaucht. Die Primärspule
wird mit analogen Wechselspannungssignalen gespeist, wobei in der
Sekundärspule
kontinuierlich in Abhängigkeit
von der aktuellen Position des Kerns amplitudenmodulierte Wechselspannungen
induziert werden. Diese Wechselspannungen können anschließend demoduliert
werden, um ein die Auslenkung des Tasterelementes kennzeichnendes
Gleichspannungssignal zu erhalten.
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Bei
den bekannten Tastsystemen ist ein externes Messgerät vorgesehen,
das sowohl einen Oszillator zur Speisung der Primärspule,
alle erforderlichen Verstärker
als auch eine Elektronik mit Gleichrichtern und Filtern erhält, die
zur Auswertung der Messsignale erforderlich sind. Die erhaltenen
Messsignale werden visualisiert oder abgespeichert, um zu einem
späteren
Zeitpunkt ausgewertet zu werden. Es sind auch solche als Tasterboxen
bezeichneten externen Messgeräte
bekannt, die eine geeignete Schnittstelle zum Anschluss an einen
Computer enthalten, durch den die abgespeicherten Messwerte bedarfsweise
ausgelesen werden können.
Außerdem
sind aus der Praxis spezielle Messrechner bekannt, die eine Hardware
mit den erforderlichen Elektronikbauteilen enthalten.
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Es
wird als nachteilig empfunden, dass gesonderte Messgeräte oder
speziell konfigurierte Rechner verwendet werden müssen, die
viele Anwendungen der Längenmessung
aufwendig und kostspielig machen. Mit dem Aufkommen kostengünstiger
PCs und anderer, bspw. auch tragbarer Computer, kommt der Wunsch
auf, die Längenmesstaster
mit diesen Computern ohne Zwischenschaltung von Messgeräten und
ohne zusätzliche
Hardware einfach betreiben zu können.
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Des
Weiteren werden bei vielen Anwendungen mehrere Längenmesstaster gleichzeitig
eingesetzt, um durch Verknüpfung
einzelner Messwerte charakterisierende Merkmale eines Prüfobjektes oder
Werkstückes
zu erfassen. Zu diesen Merkmalen gehören die Dicke eines Prüfobjektes,
Rechtwinkligkeit, Exzen trizität
etc. Insbesondere auch bei dynamischen Messungen, bei denen bspw.
die Koaxialität,
die Rundlauf- oder Planlaufabweichung und dgl. eines bewegten Prüfobjektes
mit mehreren Messtastern gleichzeitig erfasst wird, müssen die
Messwerte aller Taster weitgehend synchron zueinander erfasst werden,
um sie einem Messzeitpunkt zuordnen und geeignet verknüpfen und
auswerten zu können.
Auch wenn moderne PCs mit mehreren Anschlüssen ausgestattet sind, an
die unterschiedliche Geräte
angeschlossen werden können,
ist ein synchroner Einsatz mehrerer Messtaster insofern nicht möglich, als
die Kommunikation zwischen dem Computer und den Peripheriegeräten sequentiell
erfolgt. Bei der standardmäßigen Universal
Serial Bus- (USB-) Schnittstelle, die zum Anschluss einer Tastatur,
Maus, eines Scanners und dgl. verwendet wird, erreicht ein Kommando
des Computers, Daten zu übermitteln,
jeweils nur ein USB-Gerät.
Es werden deshalb externe Messgeräte oder Tasterboxen mit mehreren
Anschlüssen
und einer Elektronik verwendet, die das Ansteuersignal für alle Taster
erzeugt und alle Messsignale der angeschlossenen Taster verarbeitet.
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Davon
ausgehend, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Nachteilen
der vorangehend erwähnten
Längenmesstaster
und Tastsysteme abzuhelfen und einen Längenmesstaster zu schaffen,
der in Verbindung mit einem herkömmlichen Computer,
bspw. einem PC, betrieben werden kann.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Messtastersystem
mit einem Computer und wenigstens einem kompatiblen Längenmesstaster
anzugeben.
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Eine
noch weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Längenmesstaster
und ein Messtastersystem zu schaffen, die eine durch einen Computer
veranlasste synchrone Messwertaufnahme mit mehreren Messtastern
ermöglichen.
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Zur
Lösung
der vorgenannten Aufgaben sind ein Längenmesstaster mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 sowie ein Messsystem nach Anspruch 21 geschaffen.
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Der
erfindungsgemäße Längenmesstaster weist
also ein in einem Tastergehäuse
bewegbar, bspw. längs
einer Messachse längsverschiebbar
gelagertes Tastelement, mit dem die Werkstückoberfläche mechanisch (berührend) abgetastet
werden kann, sowie eine Messeinrichtung auf, die ebenfalls in dem
Tastergehäuse
angeordnet, mit dem Tastelement verbunden und dazu eingerichtet
ist, die Auslenkung des Tastelementes in ein entsprechendes analoges
Messsignal umzusetzen. Erfindungsgemäß weist der Längenmesstaster
ferner eine mit der Messeinrichtung verbundene Ansteuerungs- und
Verarbeitungseinrichtung sowie eine Kommunikationseinrichtung auf,
die zur Kommunikation mit einem Computer eingerichtet ist. Die Ansteuerungseinrichtung dient
dazu, die Messeinrichtung mit einem analogen Ansteuerungssignal,
insbesondere einem sinusförmigen
Spannungssignal oder einem anderen geeigneten Speisesignal, wie
bspw. einem Rechtecksignal, kontinuierlich zu speisen. Durch die
Messeinrichtung wird die Amplitude, Phase und/oder Frequenz des
Anregungssignals proportional zur Weite und in Abhängigkeit
von der Richtung der Auslenkung des Tastelementes moduliert. Die
Verarbeitungseinrichtung ist dazu eingerichtet, dieses amplituden-,
phasen- oder frequenzmodulierte Messsignal entgegenzunehmen, zu
verarbeiten, insbesondere zu demodulieren und zu digitalisieren,
um einen digitalen Messwert zu erhalten, der die momentane Auslenkung
des Tastelementes kennzeichnet. Dieser Messwert kann über die
Kommunikationseinrichtung bedarfsweise zur weiterene Auswertung
an den Computer übermittelt
werden.
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Durch
Vorsehen einer Kommunikationseinrichtung, die mit einer Schnittstelle
eines Computers kompatibel ist und durch Integration dieser sowie
der Ansteuerungs- und Verarbeitungs einrichtung in den Messtaster
ist ein Längenmesstaster
geschaffen, der sich auf einfache Weise an einem herkömmlichen Computer
betreiben lässt.
Zwischen dem Messtaster und dem Computer sind keine zusätzlichen
Zwischenverstärker,
externe Messgeräte
oder Tasterboxen oder sonstige Adapter erforderlich. Durch die Digitalisierung
steht am Ausgang ein Messsignal in der geeigneten wertdiskreten
Form zur Verfügung,
um über
die Schnittstelle zu dem Computer übertragen zu werden.
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Im
Sinne der Anmeldung wird unter einem Computer allgemein ein Rechner
unabhängig
von dessen Systemarchitektur verstanden. Dies kann ein Personalcomputers
(PCs) oder ein Macintosh Computer sein. Weiterhin gehören hierzu
insbesondere auch portable Rechner, wie Laptops oder Notebooks, sowie
auch Klein- und Kleinstrechner wie sie heutzutage als Minicomputer,
Handhelds, Palmtops, PDAs oder auf sonstige Weise bezeichnet werden.
Die tragbaren Computer, Klein- und Kleinstrechner ermöglichen
vorteilhafterweise einen mobilen Betrieb des Längenmesstasters für Service,
Montage, Inbetriebnahme und dgl. Die aus einem herkömmlichen Computer
und einem erfindungsgemäßen Längenmesstaster
aufgebauten Messsysteme sind kostengünstig und einfach zu handhaben.
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Bevorzugterweise
ist der Längenmesstaster ein
induktiver Messtaster. Das Tastelement kann mit einem verschiebbaren
Kern aus ferromagnetischen Material starr verbunden sein, der mit
einer Spulenanordnung der Messeinrichtung induktiv zusammenwirkt,
indem er je nach Verschiebung die Induktivitäten der Spulen der Messeinrichtung
verändert.
Die Messeinrichtung kann in Form einer Halbbrücke mit einer mit dem analogen
Anregungssignal zu speisenden Primärspule und einer Sekundärspule,
in Form einer Vollbrücke
oder in Form eines Differenzialtransformators ausgebildet sein.
Im letzteren Fall kann die Messeinrichtung eine Primärspule aufweisen,
die zwischen zwei Sekundärspulen
angeordnet ist, oder es kann auch eine umgekehrte Konfiguration
verwendet werden. Der ferromagnetische Kern kann, muss aber nicht,
in die Spulenanordnung eintauchen. Durch die induktive Kopplung
zwischen der Primärspule
und der wenigstens einen Sekundärspule über den
Kern wird an der Sekundärspule
ein amplitudenmoduliertes Messsignal induziert, dessen Amplitude die
Auslenkung des Tastelementes kennzeichnet. Es kann auch die Phase
oder Frequenz der Ansteuerungssignale verschiebungsabhängig moduliert
werden.
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Ferner
kann auch eine kapazitive Messeinrichtung verwendet werden, bei
der die kapazitive Kopplung zwischen wenigstens einer Sendeelektrode
und wenigstens einer Empfangselektrode bei Verschiebung des Tastelementes
verändert
wird und ausgewertet werden kann. Aus dem Stand der Technik sind
sowohl Messeinrichtungen mit relativ zueinander verschiebbaren Sende- und Empfangselektroden
als auch solche Messeinrichtungen bekannt, bei denen diese Elektroden
stillstehen, während
eine Maßverkörperung
in Form eine Reihe von Gegenelektroden gemeinsam mit dem Tastelement
verschoben wird. Je nach Grad der Überdeckung werden die den Sendeelektroden
zugeführten
Ansteuersignale durch die Gegenelektroden unterschiedlich beeinflusst
oder kodiert. Vorteilhafte Ausführungsformen stromsparender
kapazitiver Messeinrichtungen sowie Ansteuer- und Auswerteschaltungen
hierfür,
die in Verbindung mit der Erfindung verwendbar sind, sind in der
DE 100 351 92 C1 oder
in der
EP 0 785 415
B1 beschrieben, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird.
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Die
Ansteuerungs- und Verarbeitungseinrichtung und wenigstens der die
Kommunikation steuernde Teil der Kommunikationseinrichtung können in
dem Tastergehäuse
untergebracht sein, um eine integrierte Lösung zu erhalten. Aus dem Tastergehäuse führt dann
lediglich ein Leitungskabel hinaus, an dessen Ende ein passendes
Anschlussmittel zum Anschluss an den Computer vorgesehen ist. Statt
dessen kann an dem Messtaster auch eine Sende-/Empfangseinheit vorgesehen
sein, die mit einer entsprechenden Sende-/Empfangseinheit des Computers über Funkwellen
Daten austauscht.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
sind die Ansteuerungs- und Verarbeitungseinrichtung sowie die Kommunikationseinrichtung
in Form einer Elektronikeinheit in einem von dem Tastergehäuse gesonderten
kleinen Gehäuse
untergebracht und über
ein Anschluss- oder Leitungskabel mit der Messeinrichtung verbunden.
Bereits bestehende Messtaster können
aufwandsarm nachgerüstet
werden, indem lediglich das Leitungskabel gegen ein erfindungsgemäßes Leitungskabel
mit der Elektronikeinheit ausgetauscht wird. Wenn die Elektronikeinheit an
dem von dem Längenmesstaster
entfernten Ende des Leitungskabels angeordnet ist, kann deren Gehäuse auch
das passende Anschlussmittel zum Anschluss an den Computer tragen.
Die genannten Einrichtungen können
aber längs
des Leitungskabels beliebig verteilt oder angeordnet werden. Ein
Teil von ihnen könnte
ferner auch in dem Computer untergebracht sein.
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Es
können
Leitungskabel mit je nach Anwendung unterschiedlicher Länge vorgesehen
sein. Es ist auch möglich,
eine Steckverbindung zwischen dem Leitungskabel und der Messeinrichtung
vorzusehen, um einen flexiblen Austausch des Leitungskabels zu ermöglichen.
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Wenn
die Kommunikationseinrichtung zur drahtgebundenen Kommunikation
mit dem Computer eingerichtet ist, ist das Anschlussmittel bspw.
ein Stecker, der passend und der Form nach komplementär zu einem
Schnittstellenanschluss, bspw. der Buchse, des Computers ausgebildet
ist.
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Die
Schnittstelle zwischen dem Längenmesstaster
und dem Computer ist prinzipiell beliebig wählbar. Sie kann eine parallele
oder eine serielle Schnittstelle sein, wenn sie es er möglicht,
mit dem Computer die erhaltenen digitalen Messwerte des Messtasters
auszulesen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform bildet die Schnittstelle
auch eine Energiequelle zur Versorgung des Längenmesstasters. Sie weist
eine Leitung auf, über
die eine von dem Computer bereitgestellte Gleichspannung oder ein
Gleichstrom über
die Kommunikationseinrichtung der Elektronikeinheit zugeführt werden
kann, um diese zu betreiben. Es ist dann keine externe Energiequelle
oder interne Batterie für
den Längenmesstaster
erforderlich. Dies ist insbesondere für mobile Längenmesstastereinheiten vorteilhaft.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
ist als Schnittstelle zwischen dem Längenmesstaster und dem Computer
die von der Industrie standardisierte Universal Serial Bus- (USB-) Schnittstelle
vorgesehen. Die Kommunikationseinrichtung weist also einen aus dem
Gehäuse
nach außen
geführten
USB-Stecker, der in eine USB-Buchse des Computers einsteckbar ist,
sowie eine USB-Schnittstelle mit den erforderlichen Steuerungsmitteln
auf, die den Datenaustausch mit dem Computer entsprechend dem USB-Protokoll überwachen
und steuern. Vorteilhafterweise stellt die USB-Schnittstelle eine hohe
Datenrate von 1,5 Megabit pro Sekunde, 12 Megabit pro Sekunde oder
sogar 480 Megabit pro Sekunde, um eine ausreichende Übertragungsgeschwindigkeit
sicherzustellen, selbst wenn weitere USB-Geräte an den USB-Anschlüssen des
Computers angeschlossen sind. Die USB-Schnittstelle besitzt eine
Leitungsader, die eine Gleichspannung von +5 V zur Verfügung stellt.
Ein Vorteil bei der Verwendung der USB-Schnittstelle liegt auch
darin, dass der Längenmesstaster
bei laufendem Computer angeschlossen und entfernt werden kann, ohne
dass dies zu einem Absturz des Computers, zu Datenverlusten oder
gar Hardwareschäden
führt.
Der Anschluss des USB-Längenmesstasters
wird von dem Betriebssystem des Computers bemerkt, der die entsprechenden
Treiber für
die Datenübergabe
automatisch aktiviert. Der Längenmesstaster kann
zugleich benutzt werden. Statt der USB-Schnittstelle kann auch eine andere
vergleichbare Schnittstelle verwendet werden.
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In
einer anderen vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung ist die Kommunikationseinrichtung zur drahtlosen Kommunikation
mit dem Computer eingerichtet. Sie weist vorzugsweise ein HF-Funkmodul,
also eine Sende-/Empfangseinheit auf, die über hochfrequente Funkwellen
mit einer entsprechenden Sende-/Empfangseinheit des Computers Daten
austauschen kann. Erfindungsgemäß wird bevorzugterweise
ein Funknetzwerk für
Geräte
mit geringer Leistungsaufnahme und geringer Datenrate verwendet,
wie es unter dem Namen Low Rate Wireless Personal Area Network (LR-WPAN)
bekannt ist. Dieses Funknetzwerk basiert auf dem IEEE-Standard 802.15.4
und stellt die ausreichende Funkreichweite von gewöhnlich bis
zu 10 m sowie die Möglichkeit
zur Verfügung,
mehrere Geräte,
also auch Längenmesstaster
einzubinden. Der erfindungsgemäße Längenmesstaster
ist dazu eingerichtet, die gewonnenen Daten auf ein Kommando des
Computers hin passiv oder auch zu definierten Zeitpunkten aktiv
zu übermitteln.
Eine Anpassung des Längenmesstasters
zur Verwendung in einem LR-WPAN ist problemlos möglich. In dem Taster ist eine
geeignete Energiequelle, insbesondere für mobilen Betrieb eine Batterie
oder ein Akkumulator, zu integrieren.
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Prinzipiell
ist es möglich,
die Ansteuerungs- und Verarbeitungseinrichtung in Form analoger Schaltungen
auszuführen.
Das erhaltene Messsignal muss dann lediglich digitalisiert werden,
um der Kommunkationseinrichtung in der passenden digitalen Form
zur Verfügung
gestellt zu werden. In einer vorteilhaften Ausführungsform arbeiten die Ansteuerungseinrichtung
und die Verarbeitungseinrichtung aber weitgehend digital. Hierzu
wird vorteilhafterweise ein Mikroprozessor oder Mikrocontroller
mit einem darauf ablaufenden Programm verwendet. Der Mikroprozessor
enthält
eine Generatoreinheit oder -logik, die das bspw. sinusförmige Anregungssignal
geeigneter Frequenz erzeugt. Dieses wird dann durch einen Digital-/Analog-Wandler
in ein analoges Signal gewandelt und der Primärspule der Messeinrichtung zugeführt. Die
erforderliche Oszillatorspannung kann aber auch durch Pulsweitenmodulation
erzeugt werden. Der Digital-/Analog-Wandler bildet vorzugsweise
gemeinsam mit einem Analog-/Digital-Wandler, der das von der Messeinrichtung
herrührende
analoge Messsignal in ein digitales Zwischensignal wandelt, eine
Wandlereinheit, die zwischen dem Mikroprozessor und der Messeinrichtung
eingefügt
ist. Die Verarbeitungseinrichtung enthält eine Detektoreinheit oder
-logik, die digitale Filter in Form von Multiplizier- und Summierelementen
realisiert, um das digitale Zwischensignal durch Verknüpfung mit
dem digitalen Anregungssignal zur Ermittlung der digitalen Messwerte
zu demodulieren.
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Vorzugsweise
sind dem Mikroprozessor auch Speichermittel, bspw. flüchtige und
wiederbeschreibbare RAM-Speicher, zugeordnet, um die Messwerte zwischenspeichern
zu können.
Es können
auch weitere Informationen, z.B. tasterspezifische Informationen,
wie Tastertyp, Tasterkennlinie oder Empfindlichkeits- und Korrekturkurven
(Offsets) abgespeichert werden, die im Einsatz von dem Mikroprozessor
zur Messwertkorrektur verwendet werden können. Infolge der digitalen
Verarbeitung kann eine Justierung oder Kalibrierung des Messtasters vollautomatisch
erfolgen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Messtastersystem
geschaffen, das einen Computer und wenigstens einen voranstehend
beschriebenen Längenmesstaster
aufweist. Der Computer weist ein ablauffähiges Programm zur Messwerterfassung
und -verarbeitung auf, insbesondere ein Firmware-Programm, das es ermöglicht,
mit dem Messtaster erfasste Messwerte auszulesen, bedarfsweise weiter
zu verarbeiten und zu visualisieren.
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Die
verwendete Kommunikationsschnittstelle ist vorzugsweise eine USB-Schnittstelle
oder eine LR-WPAN-Schnittstelle, wie sie weiter oben erläutert sind,
oder eine vergleichbare Schnittstelle. Für den Einsatz mehrerer Taster
sollte das Schnittstellenprotokoll vorsehen, dass von dem Computer
an alle angeschlossenen Geräte
des Netzwerks periodisch ein Synchronisationssignal ausgesandt wird,
das dazu dient, interne Taktgeber der Geräte zu synchronisieren, jedoch
keinen Datenaustausch selbst auszulösen. Bspw. sieht die Spezifikation
des USB-Protokolls alle 1,0 ms die Übertragung eines speziellen Datenpakets,
des sog. Start-of-Frame (SOF) Tokens, mit einem maximalen zeitlichen
Fehler von ± 500
ns vor. Der SOF-Token leitet einen sog. Frame ein, der die verfügbare Übertragungskapazität festlegt.
In einem LR-WPAN kann ein festgelegter Netzwerkkoordinator, z.B.
der Computer, zur Aufteilung der verfügbaren Übertragungskapazität einen
sogenannten Superframe definieren, der 16 Zeitschlitze oder sog. Slots
enthält
und durch ein spezielles Signal, den sogenannten Beacon im ersten
Slot des Superframes eingeleitet wird.
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Die
erfindungsgemäßen Längenmesstaster weisen
eine spezielle Logik oder Logikelemente auf, die ein spezielles
Synchronisationssignal, wie bspw. den SOF oder Beacon, erfassen
und daraufhin eine Zwischenspeicherung des aktuellen digitalen Messwertes
veranlassen. Dadurch ist eine weitgehend synchrone Erfassung der
Messwerte mit allen Messtastern möglich. Die Logikelemente enthalten
ferner eine Logik, die eine Anforderung des Computers, den aktuellen
Messwert oder Messwerte zu übermitteln, erkennt
und dies über
die Kommunikationseinrichtung veranlasst.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
sind die Logikelemente ferner dazu eingerichtet, dem aktuellen erfassten
Messwert einen Zeitstempel zuzuordnen, der den Zeitpunkt der Messwerterfassung
kennzeichnet. Infolgedessen brauchen die Messwerte nicht in dem
Zeitraum zwischen zwei aufeinander folgenden Synchronisationssignalen
von dem Computer ausgelesen zu werden, sondern können zusammen mit den jeweiligen
Zeitstempeln in der Speichereinrichtung gesammelt und später gemeinsam übermittelt
werden. Es ist stets eine zeitliche Zuordnung der Messwerte möglich.
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In
bevorzugten erfindungsgemäßen Messtastersystemen
ist der Zeitstempel ein Datum, das von dem Computer regelmäßig aktualisiert
und zusammen mit dem Synchronisationssignal übermittelt wird. Als Zeitstempel
kann bspw. die in dem Start-of-Frame-Token
enthaltene Frame-Nummer oder in einem LR-WPAN die in dem Beacon
enthaltene und ständig
aktualisierte Sequenznummer erfasst und zugeordnet werden.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Konzept
können
mehrere synchron arbeitende Längenmesstaster drahtlos
oder drahtgebunden, unmittelbar oder über Verteilermittel an den
Computer angeschlossen werden. Bei einem USB-Netzwerk können bspw.
bis zu 127 Längenmesstaster
zur gleichzeitigen Erfassung einer Werkstückoberfläche vorgesehen sein. Auch in ein
Funknetzwerk kann eine ausreichende Anzahl erfindungsgemäßer Längemesstaster
eingebunden werden. Es können
somit sehr komplexe Messaufgaben gelöst werden. Bei einer maximal
zulässigen
Anzahl von Verteilermitteln und maximaler Kabellänge bzw. bei einer längstmöglichen
Funkstrecke wird eine Synchronisationsgenauigkeit der Messwerterfassung
von weniger als 1,0 μs,
vorzugsweise weniger als 0,5 μs
erreicht. Vorteilhafterweise lassen sich erfindungsgemäß auch sehr
kompakte mobile Messtastersysteme realisieren, die auch ohne externe Energieversorgung
auskommen.
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Weitere
vorteilhafte Einzelheiten von Ausführungsformen der Erfindung
ergeben sich aus Unteransprüchen,
der Zeichnung sowie der zugehörigen
Beschreibung. In der Zeichnung ist eine Ausführungsbeispiel des Gegenstandes
der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
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1 ein
erfindungsgemäßes Messsystem mit
einem Längenmesstaster
und einem Computer in einer teilweise aufgeschnittenen und zum Teil
stark schematisierten Darstellung;
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2 den
erfindungsgemäßen Längenmesstaster
nach 1, in einer schematisierten Prinzipdarstellung
in Form eines Schaltbilds;
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3 eine
Anwendung des erfindungsgemäßen Messsystems
unter Verwendung mehrerer Längenmesstaster
in einem drahtgebundenen Netzwerk, in einer schematisierten Darstellung;
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4 ein
zeitliches Diagramm, das die Synchronisierung der Messwertaufnahme
und den Datenaustausch zwischen dem Längenmesstaster und dem Computer
nach 1 bis 4 veranschaulicht;
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5 eine
abgewandelte Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Messsystems,
das ein Funknetzwerk verwendet, stark schematisiert; und
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6 ein
zeitliches Diagramm, das die Synchronisierung der Messwertaufnahme
bei dem Messtastersystem nach 5 veranschaulicht.
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1 veranschaulicht
ein lineares Wegmesssystem 1, zu dem ein Längenmesstaster 2,
mit dem die Oberfläche 3 eines
Werkstücks
mechanisch abgetastet werden kann, sowie ein Computer 4 gehören. Der
hier lediglich stark schematisiert dargestellte Computer 4 kann
in Form eines herkömmlichen
PCs, eines Macintosh Computers oder eines sonstigen, insbesondere
trag baren Computers oder Klein- bzw. Kleinstrechners ausgebildet
sein. Der Computer 4 weist vorzugsweise ein Prozessormittel 5 mit
einem Betriebssystemprogramm auf, das es ermöglicht, diverse Anwenderprogramme
zu laden und ablaufen zu lassen. Zu diesen Programmen gehört hier
ein Firmware-Programm 7, das gewöhnlich in einem dem Prozessor
zugeordneten Speicher 8, bspw. einer Festplatte, abgelegt
ist und von dem Prozessor in seinen Arbeitsspeicher geladen werden
kann, um die von dem Messtaster 2 gewonnenen Messwerte
weiter zu verarbeiten und bspw. auf einem Bildschirm zu visualisieren.
Der Bildschirm sowie weitere, hier wenig relevante Komponenten des
Computers sind in 1 der Einfachheit wegen weggelassen.
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Wie
zu erkennen, weist der Computer eine Schnittstelle 9 auf,
die es ermöglicht,
den Längenmesstaster 2 an
den Computer 4 anzuschließen, um eine Kommunikationsverbindung
herstellen zu können.
Zur Steuerung dieser Kommunikation ist computerseitig ein Controller 11 vorgesehen.
Wie durch den gestrichelt eingezeichneten Block 9b angedeutet,
kann der Computer 4 mehrere Schnittstellenanschlüsse enthalten,
die der Controller 11 bedient.
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Der
Längenmesstaster 2 weist
eine Tastereinheit 12, ein Anschlusskabel 13,
sowie eine an dem äußeren Ende
des Anschlusskabels 13 angeordnete Anschlusseinheit 14,
die zum Anschluss an den Computer 4 dient. Im vorliegenden
Fall ist eine induktive Tastereinheit 12 mit einem länglichen,
rohrförmigen
Gehäuse 16 vorgesehen,
die eine zum Einspannen geeignete, vorzugsweise zylindrische Außenfläche aufweist.
In dem zylindrischem Innenraum des Gehäuses 16 ist ein stiftförmiges Tastelement 17 angeordnet,
das durch eine Führungseinrichtung 18, insbesondere
eine präzise
Kugelführung,
in seiner Längsrichtung,
der Führungsrichtung 18,
verschiebbar gelagert ist. Eine induktive Messeinrichtung 21 ist dazu
vorgesehen, die Verschiebung des Tastelementes 17 zu erfassen.
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Das
Tastelement 17 trägt
an seinem vorderen Ende einen Messeinsatz 22, der aus dem
Tastergehäuse 16 nach
außen
ragt. An dem Messeinsatz 22 ist ein geeignet gestalteter,
bspw. kugelförmiger Tastkörper gefasst,
mit dem die Werkstückoberfläche 3 abgetastet
wird. Ein zwischen dem Gehäuse
und dem Messeinsatz eingespannter Faltenbalg 23 dichtet
das vordere Ende der Tastereinheit 12 nach außen ab.
An dem in den Innenraum des Tastergehäuses 16 ragenden hinteren
Ende des Tastelementes 17 stützt sich eine konische Druckfeder 21 ab,
die das Tastelement in Richtung auf die Werkstückoberfläche 3 vorgespannt.
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Ferner
ist das hintere Ende des Tastelementes 17 mit einem Kern 26 der
induktiven Messeinrichtung 21 starr verbunden, der mit
dem Tastelement 17 gemeinsam verschiebbar ist. Der Kern 26 ist
stabförmig
und aus einem ferromagnetischen Material ausgebildet. Er taucht
in eine Spulenanordnung mit einer Primärspule 27 und zwei
Sekundärspulen 29a, 28b ein,
die koaxial zu dem Kern 26 und dem Tastelement 17 angeordnet
sind. Die Primärspule 27 erzeugt
im Betrieb ein magnetisches Feld, das in Abhängigkeit von der Position des
Kerns 26 unterschiedliche Spannungen in den Sekundärspulen 28a, 28b induziert,
die für
die Auslenkung des Tastelementes 2 kennzeichnend sind.
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Die
Spulen 27, 28a und 28b sind über Leitungen
des Kabels 13 mit einer Ansteuerungseinrichtung 29,
die im Betrieb analoge Ansteuerungssignale für die Messeinrichtung 21 liefert,
und einer Verarbeitungseinrichtung 30 verbunden, die die
durch die Tastereinheit 12 erzeugten Spannungen oder Messsignale
digitalisiert, auswertet und einer Kommunikationseinrichtung 32 übergibt.
Die zur Steuerung der Kommunikation mit dem Computer 4 vorgesehene Kommunikationseinrichtung 32 bildet
gemeinsam mit den Einrichtungen 29 und 30 die
Anschluss- oder Elektronikeinheit 14. Diese ist in dem
Innenraum eines Gehäuses 33 untergebracht,
aus dem lediglich ein Anschlussmittel 34 ragt, das passend
zu dem Schnittstellenanschluss 9 des Computers 4 ausgebildet
ist.
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Die
Elektronikeinheit 14 ist im Einzelnen in 2 in
Form eines vereinfachten Blockdiagramms veranschaulicht. Sie weist
einen Mikroprozessor 36, bspw. einen digitalen Signalprozessor,
sowie ferner eine Wandlereinheit 37 und einen Taktgeber 38 auf, der
den Systemtakt für
die Elektronik 14 vorgibt. Die Wandlereinheit 37 ist über eine
Datenverbindung 39 mit dem Mikroprozessor 36 verbunden
und weist einen Digital/Analog-(D/A-)Wandler 41, der ein
von dem Mikroprozessor erzeugtes digitales Ansteuersignal 42 in
ein analoges Ansteuersignal 43 wandelt, sowie einen Analog/Digital-(A/D-)Wandler 44,
der ein von der Netzeinrichtung 21 erzeugtes und gefiltertes analoges
Messsignal 46 in ein digitales Messsignal 47 umsetzt.
Das analoge Ansteuersignal 43 wird durch ein Bandpassfilter 48 gefiltert
und mittels eines Verstärkers 49 geeignet
verstärkt,
um über
das Anschlusskabels 13 der Primärspule 27 zugeführt zu werden.
Das an der Sekundärspule 28 oder
den Sekundärspulen 28a, 28b abgegriffene
Messsignal 52 durchläuft
einen Verstärker 53 und
ein Tiefpassfilter 54, bevor es dem A/D-Wandler 44 zugeführt wird.
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Der
Mikroprozessor 36 bildet die zentrale Steuerungseinheit
der Elektronik 14 und des Längenmesstasters 2.
Er weist Logikelemente 45 auf, zu denen ein Programmcode
sowie Hardwarekomponenten des Mikroprozessors 36 gehören und
von denen die relevantesten Funktionseinheiten in 2 schematisch
dargestellt sind. Hierzu gehört
eine Ansteuerungslogik 56, die das digitale Ansteuerungssignal 42,
bspw. ein digitalisiertes Sinussignal passender Frequenz, erzeugt
und bspw. in Form eines Zählers oder
einer in einem Speicher hinterlegten Tabelle verwirklicht werden
kann. Ferner weist der Mikroprozessor 36 eine Detektorlogik 57 mit
einem Gleichrichter 58 und einem Integrator 59 auf.
Der Gleichrichter 58 dient dazu, das digitale Messsignal 48 phaserichtig gleichzurichten,
indem er die ses mit dem digitalen Ansteuersignal 42 in
geeigneter Weise verknüpft.
In einfachster Ausführung
ist der Gleichrichter 58 im Wesentlichen durch einen Multiplizierer
gebildet. Der Integrator 59 ist im Wesentlichen durch eine
Summierlogik gebildet, die bspw. den arithmetischen Mittelwert des
zuvor gleichgerichteten Signals bildet, um einen digitalen Messwert 61 zu
erhalten, der die momentane Auslenkung des Tastelementes 17 kennzeichnet. Über eine
Datenverbindung 62 tauscht der Mikroprozessor 36 mit
der Kommunkationseinrichtung 32 Daten aus.
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Die
Elektronik 14 enthält
vorzugsweise ferner Speichermittel 63, die in dem Mikroprozessor 36 integriert
oder durch externe Speicher gebildet sein können und die es ermöglichen,
die Messwerte 61 und vorzugsweise auch weitere Daten mit
abzuspeichern. Beispielsweise können
tasterspezifische Angaben, wie Kennlinien, Empfindlichkeiten und
Korrekturwerte, abgespeichert werden, um bei Beginn des Betriebs
automatisch eine Kalibrierung des Tasters 2 durchzuführen und
die erforderlichen Korrekturen bei der Erzeugung des Ansteuersignals
und der Auswertung des Messsignals vorzunehmen.
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Im
Betrieb erzeugt die durch die Ansteuerungslogik 56 und
die nachgeschalteten Komponenten 41, 48 und 49 gebildete
Ansteuerungseinrichtung 29 kontinuierlich das erforderliche
Speisesignal 51 für
die Primärspule 27 der
induktiven Messeinrichtung 21. Deren Sekundärspulen 28 liefern
ständig
ein amplitudenmoduliertes analoges Signal 52, dessen Amplitude
die Weite der Auslenkung des Tastelementes 17 und dessen
Vorzeichen die Richtung der Auslenkung kennzeichnen. Das Signal 52 wird
durch die Komponenten 53, 54 und 44 der
Verarbeitungseinrichtung 30 verstärkt, gefiltert und digitalisiert,
um allein mittels digitaler Signalverarbeitung durch die Detektorlogik 57 die
entsprechenden Messwerte 61 zu erhalten. Die Messwerte 61 werden
bedarfsweise über
die Datenverbindung 62 und die Kommunikationseinrichtung 32 an
den Computer übermittelt.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen,
die Kommunkationseinrichtung 32 in Form einer USB-Schnittstelle
auszubilden. Als Anschlussmittel 33 dient dann ein herkömmlicher
USB-Stecker, der in eine USB-Buchse der USB-Schnittstelle 9 eines
einen USB-Controller 11 enthaltenden Computers 4 passt.
Die Verwendung der normierten USB-Schnittstelle, wie sie heute an
einem Computer zum Anschluss von Peripheriegeräten, wie Tastatur, Maus, Scanner
und dergleichen weitgehend verbreitet ist, bietet hier zahlreiche
Vorteile: Der USB-Anschluss weist eine Versorgungs-Spannungsleitung
mit einer Gleichspannung von +5 V auf, die von dem Computer zur
Verfügung
gestellt wird und somit über
die Kommunikationseinrichtung 32 und eine Energieversorgungsleitung 64 zur
Energieversorgung des Mikroprozessors 36 und der Wandlereinheit 37 verwendet
werden kann. Eine weitere, externe Energiequelle ist nicht erforderlich.
Ferner ermöglicht
die USB-Norm eine sequentielle Kommunkation des USB-Controllers
mit mehreren angeschlossenen USB-Geräten. Es können also für entsprechende Anwendungen
mehrere Längenmesstaster 2 gleichzeitig
eingesetzt werden, wie dies bspw. in 3 veranschaulicht
ist.
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3 veranschaulicht
auf vereinfachte Weise eine Messanwendung, bei der ein Prüfobjekt 66 in einer
hier lediglich schematisiert dargestellten Aufnahmevorrichtung 67 aufgenommen
ist. Das im Wesentlichen kreiszylindrische Prüfobjekt 66 weist äußere Abschnitte
mit vermindertem Durchmesser sowie einen mittleren Abschnitt mit
vergrößertem Durchmesser
auf. Mit mehreren Längenmesstastern 2a, 2b,
.... 2z, die längs
der Längsachse 65 des
Prüfobjektes 66 angeordnet
sind, wird dessen Oberfläche
erfasst. Dabei wird das Prüfobjekt 66 mit
definierter Geschwindigkeit sukzessive um die Achse 65 gedreht,
während
die Längenmesstaster 2a–2z die Mantelfläche des
Prüfobjektes 66 abtasten.
Die Längenmesstaster 2a–2z sind
durch eine hier nicht näher veranschaulichte
Haltevorrichtung gehalten und an die USB-Anschlüsse 9a, 9b, 9c des
Computers 4 an geschlossen. Da der Computer 4 je
nach Ausstattung im Allgemeinen nur wenige USB-Anschlüsse 9a, 9b, 9c aufweist,
werden hier Sternverteiler (sog. Hubs) 68a, 68b mit
einem Ausgang und mehreren Eingängen 9' verwendet.
Es können
normgemäß bis zu
5 Hubs miteinander gekoppelt werden, so dass in der sternförmigen Topologie
des USB sechs Ebenen gebildet werden können, die einen Anschluss von
bis zu 127 Längenmesstastern
ermöglichen.
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Bei
der veranschaulichten Anwendung und insbesondere bei komplexen Messanwendungen, bei
denen Merkmale, wie Rundlauf- oder
Planlaufabweichung, Koaxialität,
Zentrizität,
Konizität
oder dgl. bestimmt werden, ist es erforderlich, die Messwerte möglichst
synchron zu erfassen und sie einem Messzeitpunkt zuordnen zu können, um
sie in dem Computer geeignet verknüpfen zu können. Wegen der sequentiellen
Kommunikation des USB erreicht aber ein Kommando des Computers zur
Aufnahme und Übermittlung
eines Wertes jeweils nur einen Längemesstaster 2.
Die Erfindung nutzt auf vorteilhafte Weise eine spezielle Eigenschaft
des USB-Protokolls, um eine Synchronisation der Messwertaufnahme
sicherzustellen. Die verfügbare Übertragungskapazität ist gemäß dem USB-Protokoll
in sogenannten Frames 69 bei Geräten mit niedriger Datenrate
bzw. Microframes bei Geräten
mit hoher Datenrate aufgeteilt. Jeder Frame 69 wird, wie 4 zeigt,
durch die Übertragung
eines speziellen Datenpakets, des sog. Start-of-Frame Tokens 71 (SOF),
eingeleitet, das an alle angeschlossenen Geräte übermittelt wird. Die Spezifikation
des USB-Protokolls sieht alle 1,0 ms die Übertragung eines SOFs mit einem
maximalen Fehler von ± 500
ns vor. Geräte
mit hoher Datenrate erhalten das Paket alle 125 μs ± 62,5 ns.
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Das
SOF-Signal 71 wird von Peripheriegeräten normalerweise dazu benutzt,
ihre inneren Uhren zu synchronisieren. Die erfindungsgemäßen Messtaster 2 weisen
aber eine Synchronisierlogik 70 auf, die das SOF-Signal 71 zur
synchronen Aufnahme der Messwerte nutzt. Ein Hub verzögert das
SOF-Signal normge mäß um maximal
40 ns, ein Kabel maximaler Länge
höchstens
um 30 ns. Ein von dem USB-Controller ausgesandtes SOF-Signal 71 erreicht
also alle Längenmesstaster 2 nahezu
ohne Zeitverzögerung, schlechtestenfalls
nach 5 × 40
ns + 6 × 30
ns = 380 ns. Dadurch kann sichergestellt werden, dass alle einem
Zeitpunkt zugeordneten Messwerte mit einem geringerem Zeitversatz
als 0,5 Mikrosekunden aufgenommen werden. Der absolute Fehler liegt
unterhalb einer Mikrosekunde.
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In
dem Start-of-Frame Token 71 ist ferner eine Frame-Nummer 72 enthalten,
die die Synchronisierlogik 70 verwendet, um dem jeweiligem
Messwert 61 einen Zeitstempel zuzuordnen. Obwohl Geräten mit
hoher Datenrate acht Mal häufiger
Microframes erhalten als Geräten
mit niedriger Datenrate, wird die im Token 71 enthaltene
Frame-Nummer 72 erst nach acht übermittelten Paketen erhöht wird.
Die Frame-Nummer 72 ist somit stets eindeutig. Bei der
erfindungsgemäßen Verwendung
reicht ein Betrieb mit der niedrigeren Datenrate, die 1000 Messwerte
pro Sekunde ermöglicht,
aus. Sobald die Kommunikationseinrichtung 32 ein SOF-Signal
empfängt,
generiert sie einen Interrupt und übermittelt das empfangene Datenpaket
an den Prozessor 36, dessen Synchronisierlogik 70 augenblicklich
den aktuellen Messwert 61 einfriert, indem dieser bspw.
vorübergehend in
dem Speichermittel 63 abgelegt wird. Außerdem speichert der Mikroprozessor 36 auch
die zugehörige Frame-Nummer 72 mit
ab. In der verbleibenden Zeit des jeweiligen Frames 69 kann
der USB-Controller sequenziell
die einzelnen Längenmesstaster 2a bis 2z einzeln
adressieren, um die jeweiligen Messwerte 61 gemeinsam mit
der Framenummer 72 in einer geeignet verpackten Form zu
erhalten. Dies ist in 4 beispielhaft dargestellt.
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Statt
einer USB-Schnittstelle kann auch eine andere vergleichbare Schnittstelle
verwendet werden, wenn diese es ermöglicht, zuverlässig Daten zwischen
dem erfindungsgemäßen Messtaster 2 und dem
Computer 4 auszutauschen. Insbesondere sollte die Schnittstelle
auch ein Synchronisationssignal, ähnlich dem SOF-Signal, zur
Verfügung
stellen, das an alle in das Netzwerk eingebundene Geräte übermittelt
wird und erfindungsgemäß verwendet
werden kann. Ein Beispiel für
ein weiteres geeignetes Netzwerk ist das als Low-Rate Wireless Personal
Area Network (LR-WPAN) bekannte Funknetzwerk, das auf dem IEEE-802.15.4
Standard basiert und für
Geräte
mit geringer Leistungsaufnahme und geringer Datenrate vorgesehen
ist. 4 zeigt eine hierzu geeignete modifizierte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Messsystems 1.
Wie zu ersehen, ist die Elektronikeinheit 14 hier vorteilhaft
in das Gehäuse
des Längenmesstasters 2 integriert,
obwohl auch ein separates Gehäuse 33 wie
in der Ausführungsform
nach 1 bis 3 verwendet werden könnte. Der
Längenmesstaster 2 weist
eine Kommunikationseinrichtung 32 auf, die zur Kommunikation
mit dem Computer 4 über
hochfrequente Funkwellen eingerichtet ist. Hierzu weist der Längenmesstaster 2 eine
als Sende-/Empfangseinheit dienende Antenne 73 auf, während an
der Funkschnittstelle 9 des Computers 4 eine ebenfalls
zum Senden und Empfangen dienende Antenne 74 vorgesehen
ist. Die Antennen oder Funkmodule 73, 74 sind
hier lediglich symbolisch veranschaulicht. Sie sind vorzugsweise
in dem Tastergehäuse 16 bzw.
dem Computer 4 integriert.
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Hinsichtlich
Einzelheiten zu dem LR-WPAN und dem IEEE-Standard 802.15.4 wird auf die jeweilige
Spezifikation verwiesen. Zum Verständnis der vorliegenden Problematik
und der erfindungsgemäßen genügt es zu
erwähnen,
dass innerhalb der Funkreichweite von gewöhnlich bis zu 10 m alle Geräte eines
LR-WPAN miteinander kommunizieren können. Die Datenübertragung
findet in Paketen statt, die auf unterschiedlichen Frequenzen gesendet werden
können.
Zu jedem gegebenen Zeitpunkt kann nur ein Gerät ungestört senden. Ein Kommando zur
Aufnahme und Übermittlung
eines Messwertes erreicht daher nur jeweils einen Längenmesstaster 2a, 2b,
... 2z. Die Zeitspanne zum Ansprechen aller Messtaster
kann nicht abgeschätzt
werden, da andere Geräte
zu beliebigen Zeitpunkten kommunzieren können und so die Übertragung
verzögern
können.
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Zur
Synchronisation der Messwertaufnahme wird hier eine Eigenschaft
der physikalischen Schicht des LR-WPAN Netzwerks ausgenutzt. In
diesem übernimmt
ein Gerät,
bspw. der Computer 4, die Aufgabe des Netzwerkkoordinators,
der zur Aufteilung der verfügbaren Übertragungskapazität einen
Superframe 76, wie in 6 veranschaulicht,
definieren kann. Dieser Superframe 76 enthält 16 Zeitschlitze definierter
Dauer, sog. Slots 77, und wird durch ein spezielles Synchronisationssignal 79,
das sog. Network Beacon in dem ersten Slot des Superframes 76 eingeleitet.
Die zeitliche Länge
eines Superframes kann vom Netzwerkkoordinator festgelegt werden. Außerdem enthält der erste
Slot als Beacon-Erweiterung unter anderem auch eine Sequenznummer 79, die
von dem Netzwerkkoordinator aktualisiert und mit jedem Superframe 76 übertragen
wird.
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Die
erfindungsgemäßen Längenmesstaster empfangen
den Superframe-Beacon 78 in Abhängigkeit von ihrer Entfernung
zu dem Computer 4 zwar zeitversetzt. Der maximale Zeitversatz
ergibt sich aber aus der maximalen Entfernung zu dem Computer (10
m) und der Geschwindigkeit der Ausbreitung der Funkwellen (ca. 3 × 108 m/s) und beträgt somit weniger als 33 ns.
Die Wiederholpräzision
beim Übertragen
des Beacon 78 ist alleine vom Netzwerkkoordinator abhängig.
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Die
Synchronisierlogik 70 der Längenmesstaster 2 nutzt
den Superframe-Beacon 78 zur Aufnahme des Messwertes 61 in
entsprechender Weise, wie im Zusammenhang mit dem SOF-Signal 71 in dem
USB-Netzwerk beschrieben. Die Synchronisiereinrichtung 71 bewirkt,
dass der aktuelle Messwert 61 eingefroren und diesem zur
zeitlichen Zuordnung die Sequenznummer 79 als Zeitstempel
beigefügt wird.
Die Daten 78, 79 werden in dem Spei chermittel 63 zwischengespeichert.
Der Computer 4 kann dann als Netzwerkkoordinator die jeweiligen
Messtaster 2a–2z direkt
adressieren und sie auffordern, die Daten zu übertragen. Der LR-WPAN-Längenmesstaster kann
also wie der USB-Längenmesstaster
rein passiv sein. Vorteilhafterweise ermöglicht das LR-WPAN Netzwerk aber
auch, dass Geräte
auch von sich aus, aktiv Daten an den Netzwerkkoordinator übermitteln können. Die
einzelnen Längenmesstaster 2a–2z können also
zu definierten, ihnen jeweils zugewiesenen Zeitpunkten während der
verbleibenden Slots 2 bis 16 ihre Messwerte, Zeitstempel
und sonstige Daten von sich aus an den Computer übermitteln.
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Im
Rahmen der Erfindung sind zahlreiche Modifikationen möglich. Beispielsweise
kann unabhängig
von der Ausführungsform
die Elektronikeinheit 14 stets auch in der Tastereinheit 12 integriert oder
an einer beliebigen Stelle des Anschlusskabels 16 angeordnet
sein. Außerdem
kann durch die Messeinrichtung statt der Amplitude auch die Phase
beeinflusst werden, oder es kann, insbesondere für stromsparende Anwenduingen,
eine kapazitive Messeinrichtung verwendet werden. Während ferner
hier die Ansteuerungseinrichtung 29 und Verarbeitungseinrichtung 30 weitgehend
digital arbeiten, könnten sie
auch dazu eingerichtet sein, analoge Signale zu erzeugen bzw. zu
verarbeiten, so dass lediglich zur Abspeicherung und zur Übermittlung
der Messwerte diese digitalisiert werden müssten. Die in 2 veranschaulichte
Ausführungsform
wird aber wegen der kostengünstigen
und eine flexible Anpassung ermöglichenden
Realisierung vorgezogen. Außerdem
können
für die
Wandlereinheit 37 handelsübliche Audiocodecs verwendet
werden, die bereits einen A/D-Wandler und einen D/A-Wandler in einer
einzigen Baugruppe enthalten.
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Ein
Längenmesstaster 2 weist
ein Tastelement 17 zur mechanischen Abtastung einer Werkstückoberfläche 3 und
eine induktiven Messeinrichtung 21 auf, die mit dem Tastelement 17 verbunden ist
und dessen Auslenkung in ein entsprechendes analoges Messsignal
umsetzt. Ferner weist der Längenmesstaster 2 eine
Kommunikationseinrichtung 32 zur Kommunikation mit einem
Computer 4 und eine zwischen der Messeinrichtung 21 und
der Kommunikationseinrichtung 32 eingefügte Ansteuerungs- und Verarbeitungseinrichtung 29, 30 auf.
Die Ansteuerungseinrichtung 29 dient dazu, ein analoges
Ansteuerungssignal für
die Messeinrichtung 21 mittels digitaler Mittel 36 und
Analog/Digital-Wandlung
zu erzeugen. Die Verarbeitungseinrichtung 30 erhält das von der
Messeinrichtung 21 herrührende
analoge Messsignal, digitalisiert dieses und bestimmt allein mittels digitaler
Signalverarbeitung einen die jeweilige Auslenkung des Tastelementes
kennzeichnenden digitalen Messwert.
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Der
Längenmesstaster 2 kann über eine
geeignete Netzwerkverbindung, bspw. über eine USB-Schnittstelle
oder ein LR-WPAN-Funknetzwerk, gemeinsam
mit dem Computer 4 zu einem linearen Wegmesssystem 1 aufgebaut
werden. In dem Längenmesstaster 2 ist
eine Synchronisiereinrichtung 70 integriert, die bei statischen
und dynamischen Messungen mit mehreren Längenmesstastern 2 eine
sequentielle Auslesung annähernd
synchron aufgenommener Messwerte aller Längenmesstaster 2 ermöglicht.