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HINTERGRUND
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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Präzisionsmessinstrumente und genauer gesagt Messschieber mit einer bewegbaren Backe zum Messen der Abmessungen eines Objekts.
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Beschreibung der verwandten Technik
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Es sind Messschieber bekannt, die Backenpaare verwenden, um Messungen zu bestimmen. Eine erste Backe ist im Allgemeinen an einem Ende einer Messskala befestigt, während eine zweite Backe an einer Schieberbaugruppe angebracht ist, die sich entlang der Messskala bewegt. Eine Außenabmessung eines Objekts kann dadurch gemessen werden, dass das Objekt zwischen und gegen die Innenflächen der ersten und zweiten Backen angeordnet wird. Eine Innenabmessung eines Objekts kann dadurch gemessen werden, dass die Außenflächen der ersten und zweiten Backen zwischen und gegen die Innenflächen des Objekts (z. B. die Wände eines Lochs) angeordnet werden. Die Schieberbaugruppe kann mit dem Daumen eines Benutzers bewegt werden und eine Stellschraube kann bereitgestellt werden, um eine kontrollierte Bewegung des Schiebers zu ermöglichen. Ein beispielhafter Messschieber, der eine Stellschraube verwendet, wird in dem
US-Patent Nr. 7.533.474 beschrieben, das hiermit zur Bezugnahme vollständig übernommen wird.
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Zum Messen des Abstands zwischen den Backen des Messschiebers können elektronische Positionscodierer verwendet werden, die auf einer induktiven, kapazitiven oder magnetischen Positionsbestimmungstechnik mit geringem Stromverbrauch basieren. Im Allgemeinen kann ein derartiger Codierer einen Lesekopf und eine Skala umfassen. Der Lesekopf kann im Allgemeinen einen Lesekopfsensor und eine Lesekopfelektronik umfassen. Der Lesekopf gibt Signale aus, die in Abhängigkeit von der Position des Lesekopfsensors mit Bezug auf die Skala entlang einer Messachse variieren. Die Skala kann an einem länglichen Skalenelement angebracht sein, das eine feststehende erste Messbacke umfasst. Der Lesekopf ist an einer Schieberbaugruppe angebracht, welche die zweite Messbacke umfasst, die entlang dem Skalenelement bewegbar ist. Messungen des Abstands zwischen den beiden Messbacken können basierend auf den Signalen von dem Lesekopf bestimmt werden.
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Beispielhafte elektronische Messschieber werden in den gemeinsam übertragenen
US-Patenten Nr. RE37490 ,
5.574.381 und
5.973.494 , die hiermit jeweils zur Bezugnahme vollständig übernommen werden, offenbart. Ein elektronischer Messschieber aus dem Stand der Technik, der in der Lage ist, eine Kraft zu messen, wird in der
US-Patentschrift Nr. 2003/0047009 offenbart. Wie in der Patentschrift '009 beschrieben, besteht ein Nachteil der Verwendung der früheren Messschieber in der Variation der Kraft, die durch die Messbacken ausgeübt werden kann, und in den Messunterschieden, die sich daraus ergeben können. Insbesondere wenn ein weiches Objekt gemessen wird, kann die Messung des Objekts unzuverlässig oder nicht wiederholbar sein, weil man entweder mehr Kraft auf die Backen des Messschiebers ausüben kann, so dass das weiche Objekt „mehr zusammengedrückt wird”, oder weniger Kraft ausüben kann, so dass das weiche Objekt „weniger zusammengedrückt wird”. Die Patentschrift '009 offenbart einen Messschieber, der in der Lage ist, sowohl die Größe als auch die auf ein Objekt ausgeübte Kraft zu messen, die man analysieren kann, um besser wiederholbare Messungen bereitzustellen. Die Merkmale zum Erkennen und Angeben einer Kraft des Messschiebers aus der Druckschrift '009 können jedoch bei vielen Anwendungen als „zu viel” angesehen werden, und/oder können von vielen Messschieberbenutzern als zu kostspielig und/oder kompliziert angesehen werden. Es besteht Bedarf an einer Verbesserung der Messkraftsteuerung und/oder der Wiederholbarkeit bei einem Messschieber auf kostengünstige, ergonomisch praktische, wiederholbare und intuitiv verständliche Art und Weise.
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KURZDARSTELLUNG
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Die vorliegende Zusammenfassung wird bereitgestellt, um eine Auswahl von Konzepten in vereinfachter Form einzubringen, die nachstehend in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben werden. Die vorliegende Zusammenfassung ist nicht dazu gedacht, Hauptmerkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, und ist auch nicht dazu gedacht, als Hilfsmittel zum Bestimmen des Umfangs des beanspruchten Gegenstands verwendet zu werden.
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Es wird eine flexible Halterung bereitgestellt, um ein Kraftstellglied mit einer Messschieberbacke zu koppeln, die sich an einem Messschieber-Skalenelement entlang in einer Messachsenrichtung bewegt. Die flexible Halterung umfasst einen ersten Montageabschnitt zum Koppeln mit der Messschieberbacke, einen zweiten Montageabschnitt zum Koppeln mit dem Kraftstellglied und ein flexibles Element, das zwischen den ersten und zweiten Montageabschnitten gekoppelt ist. Die flexible Halterung ist derart konfiguriert, dass, wenn sie mit der Messschieberbacke und dem Kraftstellglied gekoppelt ist, das Kraftstellglied aufgehängt ist, um sich mit der Messschieberbacke an dem Messschieber-Skalenelement entlang zu bewegen, und von einer Verlagerung mit Bezug auf die Messschieberbacke in Richtungen quer zur Messachsenrichtung abgehalten wird. Wenn zusätzlich eine Kraft auf das Kraftstellglied in der Messachsenrichtung ausgeübt wird, gibt das flexible Element derart nach, dass sich das Kraftstellglied in der Messachsenrichtung mit Bezug auf die Messschieberbacke verlagert und eine Messkraft erzeugt, die von dieser relativen Verlagerung abhängig ist und auf die Messschieberbacke in der Messachsenrichtung ausgeübt wird. Auf diese Art und Weise erfüllt die flexible Halterung eine doppelte Funktion sowohl des Bereitstellens einer Widerstandskraft als auch des Dienens als Führungsmechanismus für das Kraftstellglied. Bei diversen Umsetzungen kann die Verwendung der flexiblen Halterung zu größerer Kontrolle und einem besseren „Gefühl” für einen Benutzer führen, wenn er versucht, Kontrolle auszuüben, um eine gewünschte Kraftmenge während eines Messprozesses bereitzustellen. Zusätzlich kann bei diversen Umsetzungen die Verwendung der flexiblen Halterung die Anzahl von nötigen Einzelteilen reduzieren und kann sich besser mit dem Schieber des Messschiebers integriert anfühlen als andere bekannte Konfigurationen zum Koppeln eines Kraftstellglieds.
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Bei diversen Umsetzungen ist das flexible Element zum bidirektionalen elastischen Koppeln des Kraftstellglieds mit der Messschieberbacke konfiguriert. Bei einer derartigen Umsetzung erzeugt eine Kraft, die auf das Kraftstellglied in einer ersten Richtung in der Messachsenrichtung ausgeübt wird, eine Verformung einer ersten Polarität des flexiblen Elements, die eine Messkraft einer ersten Polarität erzeugt, die auf die Messschieberbacke ausgeübt wird. Zusätzlich erzeugt eine Kraft, die auf das Kraftstellglied in einer zweiten Richtung in der Messachsenrichtung ausgeübt wird, eine Verformung einer zweiten Polarität des flexiblen Elements, die eine Messkraft einer zweiten Polarität erzeugt, die auf die Messschieberbacke ausgeübt wird.
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Bei diversen Umsetzungen umfasst das flexible Element parallele Federelemente, die sich hauptsächlich in einer Ebene parallel zur Messachsenrichtung biegen. Bei einer spezifischen beispielhaften Umsetzung können Stahlunterlegscheiben als parallele Federelemente verwendet werden. Bei anderen Umsetzungen können andere Materialtypen (z. B. ein federelastisches Polymermaterial) verwendet werden, um das flexible Element bereitzustellen, das als eine Kombination von Einzelteilen oder Elementen (z. B. ein ausgestanztes Metallbiegeteil, das in ein Polymerteil eingeformt wird) oder als einzelnes Element (z. B. als einzelnes Formteil) gebildet sein kann, um die Kosten der Einzelteile und die Montagekosten zu reduzieren. Bei einer Umsetzung kann ein zusammengesetztes Biegeteil als flexibles Element verwendet werden, wodurch sich der verfügbare Biegebereich vergrößert. Bei diversen Umsetzungen können die Materialien und die Konfiguration der flexiblen Halterung derart ausgewählt werden, dass eine relative Verlagerung von mindestens 0,5 mm und höchsten 5,0 mm einer damit verbundenen Änderung der Messkraft von mindestens 0,1 Newton und höchstens 10 Newton entspricht.
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Bei diversen Umsetzungen kann ein Wegindikator enthalten sein, der auf eine Verformung reagiert, die mindestens eines von dem Nachgeben des flexiblen Elements und der relativen Verlagerung des Kraftstellglieds umfasst. Die Reaktion des Wegindikators ist im Allgemeinen dazu gedacht, die Messkraft anzugeben. Bei diversen Umsetzungen kann der Wegindikator mindestens eines von einem sichtbaren Indikator, der auf die Verformung reagiert, einem fühlbaren Wahrnehmungsgenerator, der mindestens eine jeweilige fühlbare Wahrnehmung bereitstellt, die der Verformung entspricht, und einem Tongenerator, der mindestens einen jeweiligen Ton bereitstellt, welcher der Verformung entspricht, umfassen.
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Bei diversen Umsetzungen kann eine Anschlaganordnung enthalten sein, die konfiguriert ist, um eine maximale relative Verlagerungsgrenze zwischen dem Kraftstellglied und der Messschieberbacke in der Messachsenrichtung bereitzustellen. Somit kann die Verformung des flexiblen Elements im Wesentlichen darauf begrenzt werden, eine plastische Verformung des flexiblen Elements auszuschließen. Die Anschlaganordnung kann ferner konfiguriert sein, um eine zusätzliche Kraft zwischen dem Kraftstellglied und der Messschieberbacke zu übertragen, sobald die maximale relative Verlagerungsgrenze erreicht ist.
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Bei diversen Umsetzungen ist die flexible Halterung konfiguriert, um das Kraftstellglied an der Messschieberbacke von vorhandenen Messschiebern unter Verwendung einer Befestigungskonfiguration zu montieren, die mit vorhandenen Montagemerkmalen an einer Messschieberbacke kompatibel ist. Falls die vorhandenen Messschieber kein Kraftstellglied umfassen, kann die flexible Halterung verwendet werden, um ein Kraftstellglied an vorhandenen Messschiebern nachzurüsten.
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Bei diversen Umsetzungen ist die flexible Halterung in einem Satz austauschbarer flexibler Halterungen enthalten, wobei jede flexible Halterung in dem Satz eine unterschiedliche Federkonstante bereitstellt. Somit kann eine unterschiedliche Federkonstante für eine spezifische Messanwendung erreicht werden, indem eine erste flexible Halterung von der Messbacke abgekoppelt wird und eine zweite flexible Halterung mit einer anderen gewünschten Federkonstante mit der Messschieberbacke gekoppelt wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es zeigen:
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1 ein Diagramm mit einer auseinandergezogenen isometrischen Ansicht eines Messschiebers nach Art eines Handgeräts, der eine Skala und einen Schieber mit einer flexiblen Halterung zum Koppeln eines Kraftstellglieds mit einer Messschieberbacke beinhaltet.
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2 ein Diagramm mit einer isometrischen Ansicht der flexiblen Halterung und des Kraftstellglieds aus 1.
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3 ein Diagramm mit einer Draufsicht der flexiblen Halterung und des Kraftstellglieds aus 1.
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4A bis 4C Diagramme mit Draufsichten eines Satzes von flexiblen Elementen mit parallelen Federelementen verschiedener Dicken.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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1 ist ein Diagramm mit einer auseinandergezogenen isometrischen Ansicht eines Messschiebers
100 nach Art eines Handgeräts mit einer flexiblen Halterung
205 zum Koppeln einer Kraftstellglied-Baugruppe
190 mit einem Schieber
130 mit den Messschieberbacken
116 und
118. Bei diesem Beispiel umfasst der Messschieber
100 einen Schieberwegsensor
158 (z. B. eine magnetische oder induktive Sensorbaugruppe) und ein Skalensubstrat
125, das eine Skalenspur
126 umfasst (von denen jeweils ein freigeschnittenes Segment abgebildet ist), die in einer Nut
127 an einem länglichen Skalenelement
102 entlang positioniert ist. Es versteht sich, dass bei anderen Ausführungsformen andere Arten von Schieberwegsensoren
158 verwendet werden können (z. B. kapazitiv usw.). Eine Schieberbaugruppe
170 umfasst eine elektronische Baugruppe
160, die an einem Schieber
130 angebracht ist. Der Schieberwegsensor
158 ist in der elektronischen Baugruppe
160 enthalten. Der allgemeine mechanische Aufbau und die physische Funktionsweise des Messschiebers
100 sind ähnlich wie die bestimmter früherer elektronischer Messschieber, wie etwa derjenigen aus dem gemeinsam übertragenen
US-Patent Nr. 5.901.458 , das hiermit zur Bezugnahme vollständig übernommen wird. Das Skalenelement
102 ist ein steifer oder halbsteifer Stab, der diverse Rillen und/oder andere Merkmale umfassen kann, die in einen allgemein rechtwinkligen Querschnitt integriert sind. Das Skalensubstrat
125 kann starr in die Nut
127 geklebt werden, und die Skalenspur
126 kann Skalenelemente umfassen, die mit entsprechenden Elementen (nicht gezeigt) des Schieberwegsensors
158 zusammenwirken, der in der elektronischen Baugruppe
160 enthalten sind, ähnlich wie es bei bekannten elektronischen Messschiebern der Fall ist und wie es in den zuvor übernommenen Patenten
RE37490 und
5.901.458 und in dem gemeinsam übertragenen
US-Patent Nr. 6.400.138 , das hiermit zur Bezugnahme vollständig übernommen wird, beschrieben wird.
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Ein Paar Backen 108 und 110 ist einstückig in der Nähe eines ersten Endes des Skalenelements 102 gebildet. Ein entsprechendes Backenpaar 116 und 118 ist auf dem Schieber 130 gebildet. Die Außenabmessungen eines Werkstücks werden gemessen, indem das Werkstück zwischen ein Paar Eingriffsflächen 114 der Backen 108 und 116 gesetzt wird. Ähnlich werden die Innenabmessungen eines Werkstücks gemessen, indem ein Paar Eingriffsflächen 122 der Backen 110 und 118 an gegenüberliegende Innenflächen des Werkstücks gelegt wird. In einer Position, die manchmal als Nullposition bezeichnet wird, liegen die Eingriffsflächen 114 aneinander an, die Eingriffsflächen 122 sind ausgerichtet, und sowohl die Innen- als auch die Außenabmessungen, die von dem Messschieber 100 gemessen werden, können mit null angegeben werden.
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Die gemessene Abmessung kann auf einer digitalen Anzeige 144 angezeigt werden, die in einer Abdeckung 140 der elektronischen Baugruppe 160 des Messschiebers 100 eingebaut ist. Die elektronische Baugruppe 160 kann auch einen Tastenschalter 141 (z. B. einen Schalter „Ausgangsposition”), einen Kraftstatusindikator 142 (z. B. eine zwei- oder dreifarbige Leuchte) und eine Signalverarbeitungs- und Anzeigeleiterplatte 150 umfassen. Die Vorgänge zum Einstellen der Kraftschwelle werden in der gleichzeitig anhängigen und gemeinsam übertragenen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 13/706.225 (nachstehend „Anmeldung '225”) unter dem Titel „System and Method for Setting Measurement Force Thresholds in a Force Sensing Caliper”, eingereicht am 5. Dezember 2012, die hiermit zur Bezugnahme vollständig übernommen wird, ausführlicher beschrieben. Wie in der Anmeldung '225 beschrieben, kann der Tastenschalter 141 bei einer Umsetzung als Teil eines Prozesses zum Einstellen von Kraftschwellen verwendet werden, und der Kraftstatusindikator 142 kann verwendet werden, um Kraftschwellensignale bereitzustellen (z. B. „grün”, wenn die Kraft innerhalb eines gewünschten Messbereichs liegt, und „rot”, wenn die Kraft über den gewünschten Messbereich hinausgeht). Die Signalverarbeitungs- und Anzeigeleiterplatte 150 kann eine Schaltung 159 zum Verarbeiten und Steuern von Lesekopfsignalen umfassen. Wie in 1 gezeigt, kann die untere Oberfläche der Signalverarbeitungs- und Anzeigeleiterplatte 150 eingebaut sein, um an den oberen Oberflächen des Schiebers 130 auf beiden Seiten des Skalenelements 102 anzuliegen.
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Ein Kraftelement-Wegsensor 200 umfasst eine Anordnung von Wegsignalelementen 255 und ein Signalmodulationselement 250, das mit der Kraftstellglied-Baugruppe 190 gekoppelt ist. Ein ähnlicher Kraftelement-Wegsensor wird in der gleichzeitig anhängigen und gemeinsam übertragenen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 14/194.320 (nachstehend „Anmeldung '320”) unter dem Titel „Displacement Sensor For Force Indicating Caliper”, eingereicht am 28. Februar 2014, die hiermit zur Bezugnahme vollständig übernommen wird, ausführlicher beschrieben. Im Allgemeinen wird bei einer Umsetzung die Anordnung der Wegsignalelemente 255 in einer oder mehreren Metallschichten der Leiterplatte 150 angefertigt und erzeugt elektrische Signale, welche die Position des Signalmodulationselements 250 angeben. Die Schaltung 159 zum Verarbeiten und Steuern von Lesekopfsignalen umfasst eine Kraftaufnahmeschaltung, welche die Kraftaufnahmesignale von der Anordnung von Wegsignalelementen 255 zum Bestimmen der Kraftmessungen empfängt. Wenn ein Benutzer die Stellschraube 191 betätigt, um den Schieber 130 in Richtung auf das erste Ende des Skalenelements 102 zu bewegen, werden die Kraftstellglied-Baugruppe 190 und das angebrachte Signalmodulationselement 250 nach vorne geschoben, um sich geführt in der Richtung der Messschieber-Messachse mit Bezug auf die Anordnung von Wegsignalelementen 255 zu bewegen. Das Signalmodulationselement 250 ist mit einer relativ kleinen Lücke in der Nähe der Wegsignalelemente 255 derart angeordnet, dass sie seine relative Position in der Messachsenrichtung aufnehmen. Wie es nachstehend ausführlicher beschrieben wird, entspricht die Position des Signalmodulationselements 250 dem Ausmaß des Nachgebens eines flexiblen Elements 230 der flexiblen Halterung 205 und gibt somit die entsprechende Messkraft an. Wie es ebenfalls nachstehend ausführlicher beschrieben wird, kann zusätzlich oder alternativ ein mechanischer Kraftindikator 260 bereitgestellt werden, der eine Rückmeldung (z. B. sichtbar, fühlbar, hörbar usw.) bezüglich des Ausmaßes des Nachgebens des flexiblen Elements 230 bereitstellt, was die entsprechende Messkraft angibt.
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Bei diversen Umsetzungen kann die Leiterplatte 150 an dem Schieber 130 in einem oder mehreren Montagebereichen der Leiterplatte 150 anliegen. Genauer gesagt, wie in 1 gezeigt, weist die Leiterplatte 150 Montagebereiche 157A und 157B auf, die an entsprechenden Montagebereichen 137A und 137B auf dem Schieber 130 anliegen. Zusätzlich kann sich ein Leitsignal-Aufnahmeelement (nicht gezeigt) des Schieberwegsensors 158 mit dem Skalenelement 102 in einer Skalenspur 126 überlagern, die sich in einer ersten seitlichen Richtung D1 von dem Montagebereich 157A entfernt befindet.
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Ferner kann mindestens ein Leitsignal-Aufnahmeelement der Anordnung von Wegsignalelementen 255 in einem Bereich angeordnet sein, der sich in der entgegengesetzten seitlichen Richtung D2 von dem Montagebereich 157A entfernt befindet. Es versteht sich, dass bei dieser Konfiguration der Metallschieber 130 zusätzlich zu seinen üblichen Schieberfunktionen auch dazu dienen kann, die Signale für den Schieberwegsensor 158 und den Kraftelement-Wegsensor 255 voneinander abzuschirmen.
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Die flexible Halterung 205 umfasst einen Backenmontageabschnitt 210, einen Stellglied-Montageabschnitt 220 und das flexible Element 230. Der Backenmontageabschnitt 210 ist mit dem Schieber 130 und den entsprechenden Backen 116 und 118 gekoppelt. Der Stellglied-Montageabschnitt 220 ist mit der Stellgliedbaugruppe 190 gekoppelt. Das flexible Element 230 ist zwischen dem Backenmontageabschnitt 210 und dem Stellglied-Montageabschnitt 220 gekoppelt.
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Bei diversen Umsetzungen kann das flexible Element 230 aus parallelen Federelementen bestehen, wie es nachstehend mit Bezug auf 2 ausführlicher beschrieben wird. Die parallelen Federelemente können relativ starr sein und entsprechend einwirken, um die Kraftstellglied-Baugruppe 190 von einer Verlagerung mit Bezug auf die Messschieberbacke in Richtungen quer zur Messachsenrichtung abzuhalten. Somit kann das flexible Element 230 sowohl als Führungsmechanismus für die Kraftstellglied-Baugruppe 190 als auch zum Bereitstellen einer Widerstandskraft dienen, wie es nachstehend ausführlicher beschrieben wird.
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Wenn im Betrieb ein Benutzer die Stellschraube 191 der Kraftstellglied-Baugruppe 190 betätigt, um den Schieber 130 in Richtung auf das erste Ende des Skalenelements 102 zu bewegen, gibt das flexible Element 230 derart nach, dass sich ein Kraftstellgliedkörper 192 der Kraftstellglied-Baugruppe 190 in der Messachsenrichtung mit Bezug auf den Schieber 130 und die entsprechenden Messschieberbacken 116 und 118 verlagert. Diese Aktion erzeugt eine Messkraft, die von der relativen Verlagerung abhängig ist und auf den Schieber 130 und die entsprechenden Messbacken 116 und 118 in der Messachsenrichtung ausgeübt wird. Wie es nachstehend ausführlicher beschrieben wird, ermöglicht es die Verwendung der flexiblen Halterung 205 mit dem flexiblen Element 230, dass es zu einer allmählichen Steigerung oder Verringerung der Kraft über einen Bereich von Positionen kommt. Es ist wichtig, dass dies zu größerer Kontrolle und einem besseren „Gefühl” für einen Benutzer führt, wenn er versucht, Kontrolle auszuüben, um eine gewünschte Kraftmenge während eines Messprozesses bereitzustellen. Zusätzlich kann bei diversen Umsetzungen die Verwendung des flexiblen Elements 230 die Anzahl der benötigten Einzelteile reduzieren und kann sich besser mit dem Schieber 130 integriert anfühlen.
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2 ist ein Diagramm mit einer isometrischen Ansicht, und 3 ist ein Diagramm mit einer Draufsicht der flexiblen Halterung 205 und einer Kraftstellglied-Baugruppe 190 aus 1. Wie in 2 und 3 gezeigt, umfasst das flexible Element 230 ein erstes Federelement 232, ein zweites Federelement 234, einen Abschnitt zum Koppeln eines ersten flexiblen Elements 236 und einen Abschnitt zum Koppeln eines zweiten flexiblen Elements 238. Wie es nachstehend ausführlicher beschrieben wird, ist der Abschnitt zum Koppeln eines ersten flexiblen Elements 236 mit dem Backenmontageabschnitt 210 gekoppelt und der Abschnitt zum Koppeln eines zweiten flexiblen Elements 238 ist mit dem Stellglied-Montageabschnitt 220 gekoppelt. Die ersten und zweiten Federelemente 232 und 234 sind parallel orientiert und können als Parallelogramm-Aufhängung dienen.
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Wie in 2 und 3 gezeigt, ist der Backenmontageabschnitt 210 mit dem Abschnitt zum Koppeln eines ersten flexiblen Elements 236 unter Verwendung eines Befestigungselements 217 gekoppelt (z. B. kann das Befestigungselement 217 als Schraube dienen, und der Kopplungsabschnitt 236 kann als Mutter dienen). Der Backenmontageabschnitt 210 umfasst einen Anbringungsabschnitt 219 zum Anbringen an den Schieber 130. Im Allgemeinen weisen die Schieber und die dazugehörigen Backen von bestimmten vorhandenen Messschiebern vorgegebene Abmessungen, Oberflächen und Merkmale auf, an denen externe Elemente montiert werden können, und bei diversen Umsetzungen ist der Backenmontageabschnitt 210 konfiguriert, um unter Verwendung einer Befestigungskonfiguration montiert zu werden, die mit den vorhandenen Montagemerkmalen an den Schiebern und den dazugehörigen Messschieberbacken kompatibel ist. Zusätzlich können bestimmte vorhandene Messschieber eventuell keine Kraftstellglied-Baugruppe 190 umfassen, wobei in diesem Fall die Kraftstellglied-Baugruppe 190 bei den vorhandenen Messschiebern unter Verwendung der flexiblen Halterung 205 nachgerüstet werden kann.
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Der Abschnitt zum Koppeln eines zweiten flexiblen Elements 238 ist mit einem Stellgliedkörper-Kopplungselement 224 gekoppelt, das mit dem Stellgliedkörper 192 gekoppelt ist. Das Signalmodulationselement 250 ist angebracht, um sich mit dem Abschnitt zum Koppeln eines zweiten flexiblen Elements 238 und dem Stellgliedkörper-Kopplungselement 224 zu bewegen. Obwohl zur Erläuterung das Signalmodulationselement 250 gezeigt wird, wie es sich relativ nahe an dem flexiblen Element 230 befindet, kann das Signalmodulationselement 250 bei anderen Umsetzungen derart montiert sein, dass es sich in einem weiteren Abstand befindet, falls das flexible Element 230 aus einem Material hergestellt ist, das die Signale der Wegsignalelemente 255 stören würde. Alternativ oder zusätzlich kann die Signalverarbeitung für die Wegsignalelemente 255 kalibriert oder anderweitig geändert werden, um Probleme zu behandeln, wie etwa eine Störung von dem flexiblen Element 230 und/oder eventuelle Abweichungen, die sich ansonsten aus der leicht gebogenen Bewegung des Endes des flexiblen Elements 230 ergeben könnten.
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Wie zuvor beschrieben kann zusätzlich zu der elektronischen Kraftaufnahmeanordnung, die das Signalmodulationselement 250 verwendet, auch ein mechanischer Kraftindikator 260 bereitgestellt werden. Bei einer spezifischen beispielhaften Umsetzung kann der Kraftindikator 260 ein Indikatorelement 262, das an dem Abschnitt zum Koppeln eines zweiten flexiblen Elements 238 montiert ist, um sich mit der Kraftstellglied-Baugruppe 190 zu bewegen, und einen Bereich von Rastelementen 264 auf dem Backenmontageabschnitt umfassen. Wenn das flexible Element 230 im Betrieb nachgibt, um es der Stellgliedbaugruppe 190 zu ermöglichen, sich mit Bezug auf den Backenmontageabschnitt 210 zu bewegen, bewegt sich das Indikatorelement 262 mit Bezug auf den Bereich von Rastelementen 264, um eine Angabe der Messkraft bereitzustellen. Bei einer Umsetzung können die Rastelemente 264 visuelle Indikatoren (z. B. Markierungen) umfassen, die eine Angabe der Messkraft gemäß der Position des Indikatorelements 262 bereitstellen. Bei einer anderen Umsetzung kann das Indikatorelement 262 eine fühlbare oder hörbare Angabe (z. B. ein Einrastgeräusch) erzeugen, wenn es über den Bereich von Rastelementen 264 bewegt wird. Beispielsweise kann das Indikatorelement 262 eine Metallrippe umfassen, und die Rastelemente 264 können eine Reihe von angehobenen Abschnitten an dem Bereich entlang umfassen, so dass das Indikatorelement 262 „einrastet”, wenn es sich über jedes der Indikatorelemente 264 bewegt. Bei diversen Umsetzungen können verschiedene Bereiche von Rastelementen 264 bereitgestellt werden. Beispielsweise können bei einer Umsetzung zwei Rastelemente 264 auf beiden Seiten einer Nullstellung bereitgestellt werden, um bei einem einmaligen Einrasten einer annehmbaren Messkraft und bei zweimaligem Einrasten einer übermäßigen Messkraft zu entsprechen.
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Alternativ oder zusätzlich zu dem Kraftindikator 260 kann auch ein sichtbarer Kraftindikator auf dem Kraftstellgliedkörper 192 bereitgestellt werden. Bei einer Umsetzung kann der sichtbare Kraftindikator einen Bereich von Markierungen 192 auf dem Kraftstellgliedkörper 192 umfassen. Ähnlich wie zuvor für den Kraftindikator 260 beschrieben, kann sich der Kraftstellgliedkörper 192, wenn die Stellschraube 191 im Betrieb von einem Benutzer bewegt wird, bewegen, und die entsprechenden Markierungen 193 können sich mit Bezug auf einen Referenzindikator (z. B. am Rand der Abdeckung 140 der elektronischen Baugruppe 160) bewegen, um eine Angabe der Messkraft bereitzustellen.
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Bei einer beispielhaften Konfiguration kann die allgemeine Funktionsweise des Messschiebers 100 und der flexiblen Halterung 205 wie folgt beschrieben werden. Der Messschieber kann in einer Nullstellung beginnen, wie in 2 abgebildet. In der Nullstellung befindet sich der Messschieber im Allgemeinen in der Mitte eines bidirektionalen Messbereichs, wo das flexible Element 230 (z. B. eine Parallelogramm-Aufhängung) nicht nachgibt. In der Nullstellung kann sich das Signalmodulationselement 250 ungefähr in der Mitte des Bereichs der Anordnung der Wegsignalelemente 255 befinden, und das Indikatorelement 262 kann sich ungefähr in der Mitte des Bereichs der Rastelemente 264 befinden.
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Wenn ein Benutzer die Stellschraube 191 betätigt, um den Schieber 130 in Richtung auf das erste Ende des Skalenelements des Messschiebers zu bewegen, gibt das flexible Element 230 nach vorne nach, und es kann eine Grenzposition L-extmeas erreicht werden. Die Grenzposition L-extmeas kann einer externen Messkraftgrenze entsprechen (z. B. zum Messen der externen Abmessungen eines Werkstücks). Bei diversen Umsetzungen kann auch eine Anschlaganordnung der Grenzposition L-extmeas entsprechen. Beispielsweise kann eine Oberfläche 226A des Stellglied-Montageabschnitts 220 eine Oberfläche 216A des Backenmontageabschnitts 210 berühren und ein weiteres Nachgeben des flexiblen Elements 230 nach vorne verhindern. Dies kann zusätzlich oder alternativ der Tatsache entsprechen, dass das Signalmodulationselement 250 ein erstes Ende des Messbereichs der Wegsignalelemente 255 erreicht und/oder dass das Indikatorelement ein erstes Ende des Bereichs von Rastelementen 264 erreicht.
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Wenn ähnlich die Stellschraube 191 von einem Benutzer in die entgegengesetzte Richtung bewegt wird (d. h. um die Richtung des Schiebers 130 zum gegenüberliegenden Ende des Skalenelements des Messschiebers 100 umzukehren), gibt das flexible Element 230 nach hinten nach. In dieser Richtung kann eine Grenzposition I-intmeas erreicht werden, die einer internen Messkraftgrenze entsprechen kann (z. B. zum Messen der internen Abmessungen eines Werkstücks). Eine entsprechende Anschlaganordnung kann eine Oberfläche 226B des Stellglied-Montageabschnitts 220 umfassen, die eine Oberfläche 216B des Backenmontageabschnitts 210 berühren und ein weiteres Nachgeben des flexiblen Elements 230 in die umgekehrte Richtung verhindern kann. Dies kann zusätzlich oder alternativ der Tatsache entsprechen, dass das Signalmodulationselement 250 ein zweites Ende des Messbereichs der Wegsignalelemente 255 erreicht, und/oder dass das Indikatorelement ein zweites Ende des Bereichs von Rastelementen 264 erreicht.
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Es versteht sich, dass die Oberflächen 216A und 226A und die Oberflächen 216B und 226B Anschlaganordnungen bilden, die konfiguriert sind, um eine maximale relative Weggrenze zwischen der Kraftstellglied-Baugruppe 190 und dem Schieber 130 mit den dazugehörigen Messschieberbacken 116 und 118 in der Messachsenrichtung bereitzustellen. Wenn sich der Messschieber 100 in der Nullstellung befindet, sind die Oberflächen 216A und 226A um einen Abstand D1 getrennt, wohingegen die Oberflächen 216B und 226B um einen Abstand D2 getrennt sind. Diese Abstände D1 und D2 entsprechen somit jeweils den Unterschieden von der Nullstellung zu den Grenzpositionen L-extmeas und I-intmeas. Sobald diese Grenzpositionen L-extmeas und I-intmeas erreicht sind, wird der Kontakt durch die entsprechenden Oberflächen 216A, 226A und 216B, 226B konfiguriert, um eine eventuelle zusätzliche Kraft, die von dem Benutzer auf die Kraftstellglied-Baugruppe 190 ausgeübt wird, direkt auf den Schieber 130 zu übertragen statt das flexible Element 230 weiter zu verformen. Bei diversen Umsetzungen besteht eine Aufgabe dieser Anschlaganordnungen und der entsprechenden Grenzpositionen L-extmeas und I-intmeas darin, die Verformung des flexiblen Elements 230 zu begrenzen, um eine plastische Verformung des flexiblen Elements 230 im Wesentlichen auszuschließen.
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Wenn bei einer spezifischen beispielhaften Umsetzung die Position des Signalmodulationselements 250 durch die Anordnung von Wegsignalelementen 255 aufgenommen wird, wie sie eine Stelle erreicht hat, die den Grenzpositionen L-extmeas oder I-intmeas entspricht, kann die Schaltung 159 zum Verarbeiten und Steuern von Lesekopfsignalen den „roten” oder „Außerbereichs-” Kraftstatusindikator (Leuchte) 142 aktivieren. Im normalen Betrieb kann die Schaltung 159 zum Verarbeitung und Steuern von Lesekopfsignalen konfiguriert sein, um im Allgemeinen die Position des Signalmodulationselements 250 aufzunehmen und die Position in Kraftmessungen umzuwandeln. Die sich ergebenden Kraftmessungen können bei diversen Umsetzungen einem Benutzer in verschiedenen Formaten vorgelegt werden (z. B. als Kraftablesungen auf der Anzeige, als diverse andere Arten von Indikatoren, wenn Kraftgrenzen erreicht werden usw.).
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Bei diversen Umsetzungen können andere Merkmale und Materialien für das flexible Element 230 gemäß den gewünschten Kennzeichen der bestimmten Umsetzung verwendet werden. Im Allgemeinen ist es wünschenswert, dass das flexible Element 230 starr genug ist, um eine angemessene Widerstandskraft (z. B. 0,1 bis 10 N) bereitzustellen und dabei biegsam genug zu sein, um eine angemessene Ablenkung (z. B. 0,5 bis 5 mm) zu ergeben. Mit Bezug auf derartige Ausführungsformen und/oder die Ausführungsform aus 2, wurde bei bestimmten spezifischen Ausführungsformen experimentell bestimmt, dass es wünschenswert sein kann, ein flexibles Element 230 zu verwenden, das eine Nennfederkonstante von 0,25 N/mm bis 6 N/mm aufweist, um bestimmte ergonomische Eigenschaften bereitzustellen. Es versteht sich, dass obwohl eine kontrollierte Kraft ausgeübt wird, wenn ein Messschieber verwendet wird, im Allgemeinen einige Finger einer Hand die Messschieberskala ergreifen (wodurch der größte Teil der Hand mit Bezug auf den Messschieber fixiert wird), ein Finger auch um den Schieber liegen kann, und sich ein Daumen mit Bezug auf die Hand bewegen kann, um das Kraftstellglied mit Bezug auf den Schieber anzupassen. Somit ist das praktische Ausmaß des Daumenwegs mit Bezug auf den Rest der Hand begrenzt. Im Allgemeinen stellt die Grenze von 0,25 N/mm sicher, dass ein nützliches Ausmaß an Kraftvariation innerhalb eines praktischen und angenehmen Daumenweg mit Bezug auf den Rest der Hand bereitgestellt werden kann, während die obere Grenze von 6 N/mm sicherstellt, dass die Kraftvariation nicht so groß ist, dass der Benutzer sie als für eine einfache und stetige Kontrolle zu empfindlich empfindet, selbst für Werkstücke, die unter einer Messkraft abbiegen und/oder abweichen können. Mit anderen Worten wurde experimentell bestimmt, dass dieser Federkonstantenbereich dem Benutzer ein wünschenswertes Messgefühl bereitstellt. Bei diversen Ausführungsformen können das Signalmodulationselement 250 und die Anordnung von Wegsignalelementen 255 sowie der Kraftindikator 260 entsprechend dimensioniert sein. Es versteht sich, dass durch die Verwendung von Hebeln oder Zahnrädern oder anderen Maschinenelementen die Beziehung zwischen Fingerbewegung und Kraft derart geändert werden kann, dass andere Federkonstanten (z. B. im Bereich von 0,05 bis 20 N/mm) bei anderen Ausführungsformen verwendet werden können.
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Bei einer spezifischen beispielhaften Umsetzung können Stahlunterlegscheiben als die ersten und zweiten Federelemente 232 und 234 des flexiblen Elements 230 verwendet werden, um eine gewünschte Federkonstante zu erreichen. Bei anderen Umsetzungen können andere Materialtypen (z. B. ein federelastisches Polymermaterial) verwendet werden, um das flexible Element 230 bereitzustellen, das als eine Kombination von Einzelteilen oder Elementen (z. B. ein ausgestanztes Metallbiegeteil, das in ein Polymerteil eingeformt wird) oder als einzelnes Element (z. B. als einzelnes Formteil) gebildet sein kann, um die Kosten der Einzelteile und die Montagekosten zu reduzieren. Bei einer Umsetzung kann ein zusammengesetztes Biegeteil als flexibles Element 2340 verwendet werden, wodurch sich der verfügbare Biegebereich vergrößert.
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4A bis 4C sind Diagramme eines Satzes von flexiblen Elementen 230A bis 230C mit parallelen Federelementen verschiedener Dicken. Wie in 4A gezeigt, umfasst das flexible Element 230A erste und zweite Federelemente 232A und 234A, die dünner sind als die ersten und zweiten Federelemente 232B und 234B des flexiblen Elements 230B aus 4B. Ähnlich sind die ersten und zweiten Federelemente 232B und 234B dünner als die ersten und zweiten Federelemente 232C und 234C des flexiblen Elements 230C. Die unterschiedlichen Dicken der ersten und zweiten Federelemente jedes der flexiblen Elemente 230A, 230B und 230C entsprechen verschiedenen Federkonstanten.
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Wie zuvor beschrieben, können bei diversen Umsetzungen flexible Halterungen mit entsprechenden flexiblen Elementen 230A bis 230C zum Anbringen an vorhandenen Messschiebern unter Verwendung einer Befestigungskonfiguration, die mit den vorhandenen Montagemerkmalen an der Messschieberbacke und dem Schieber kompatibel sind, konfiguriert sein. Durch das Bereitstellen eines Satzes von flexiblen Halterungen mit den flexiblen Elementen 230A bis 230C kann ein Benutzer eine flexible Halterung mit einer Federkonstante auswählen, die für eine spezifische Anwendung geeignet ist. Bei einer alternativen Umsetzung kann man statt die Dicke der ersten und zweiten Federelemente 232 und 234 zu ändern andere Dimensionen (z. B. die Höhe) des flexiblen Elements 230 ändern. Bei bestimmten Umsetzungen kann es jedoch weniger wünschenswert sein, die Höhe des flexiblen Elements 230 zu ändern, da kürzere Federelemente 232 und 234 bei einer bestimmten nachgiebigen Verlagerung für eine plastische Verformung anfälliger sein können. Somit kann es für eine bestimmte theoretische Konfiguration wünschenswert sein, die maximal verfügbare Höhe für die ersten und zweiten Federelemente 232 und 234 zu verwenden und diese Höhe relativ konstant zu halten, wohingegen andere Parameter angepasst werden können (z. B. die Dicke der ersten und zweiten Federelemente 232 und 234), wie bei den Beispielen der flexiblen Elemente 230A bis 230C.
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Die zuvor beschriebenen diversen Ausführungsformen können kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen bereitzustellen. Alle US-Patente und US-Patentanmeldungen, auf die in der vorliegenden Beschreibung Bezug genommen wird, werden hiermit zur Bezugnahme vollständig übernommen. Gewisse Aspekte der Ausführungsformen können gegebenenfalls geändert werden, um Konzepte der diversen Patente und Anmeldungen zu verwenden, um noch andere Ausführungsformen bereitzustellen.
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Diese und andere Änderungen können an den Ausführungsformen angesichts der obigen ausführlichen Beschreibung vorgenommen werden. Im Allgemeinen sind in den nachstehenden Ansprüchen die verwendeten Begriffe nicht dazu gedacht, die Ansprüche auf die spezifischen Ausführungsformen einzuschränken, die in der Beschreibung und den Ansprüchen offenbart werden, sondern sind dazu gedacht, alle möglichen Ausführungsformen zusammen mit dem vollen Umfang der Äquivalente zu umfassen, zu denen diese Ansprüche berechtigt sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 7533474 [0002]
- US 37490 [0004, 0018]
- US 5.574.381 [0004]
- US 5973494 [0004]
- US 2003/0047009 [0004]
- US 5901458 [0018]
- US 5.901.458 [0018]
- US 6400138 [0018]
