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HINTERGRÜNDE DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Vibrationsnachweissystem eines elastischen Körpers zum Nachweis von Vibration eines elastischen Körpers, der einen Mehrfachvibrationsmodus aufweist, und eine Vibrationskontakt-Nachweissonde, die verwendet wird für ein Formmessinstrument zum Messen einer winzigen Oberflächenstruktur eines Werkstücks gemäß dem gleichen Prinzip wie das Vibrationsnachweissystem.
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Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik
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Herkömmlich sind ein Rauhtiefenmesser (eindimensionales Messinstrument), eine Koordinatenmessmaschine, eine Oberflächenstruktur-Messmaschine, eine Messmaschine für kleine Bohrungen etc. bekannt als Messinstrumente zum Messen der Form und Abmessung eines Werkstücks. Einige der Messinstrumente wenden eine Kontaktsonde an, wobei die Kontaktsonde den Kontakt mit dem Werkstück nachweist, um Koordinatenwert des Werkstücks und Positionsbeziehung zwischen dem Werkstück und dem Messinstrument zu messen.
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Eine sogenannte Vibrationskontaktsonde wurde als eine der Kontaktsonden verwendet. Die Vibrationskontaktsonde vibriert einen Taststift und weist mit hoher Genauigkeit eine Veränderung der Vibration des Taststiftes nach, die auftritt, wenn der Taststift das Werkstück berührt, um zu erfassen, ob die Messsonde das Werkstück kontaktiert hat oder nicht.
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Um einen Kontakt durch Vibration nachzuweisen, weist die Vibrationskontaktsonde einen Taststift mit einem Kontaktabschnitt, der an seinem distalen Ende mit einem Werkstück in Kontakt stehen soll, sowie einen Vibrator zum Vibrieren des Taststiftes und einen Detektor zum Nachweisen des Vibrationszustands des Taststiftes auf. Ein Vibrationselement und Nachweiselement, das zum Beispiel ein piezoelektrisches Element verwendet, wird als Vibrator und Detektor verwendet. Eine solche Vibrationskontaktsonde wird beispielsweise in der
JP-A-08201010 beschrieben. Die
DE-A-4432808 offenbart weiterhin ein Sensorsystem zur Schwingungs-, Körperschall- und/oder Geräuschüberwachung, insbesondere von definiert spanabhebenden Werkzeugen in Werkzeugmaschinen oder zur Geräuscherfassung von geräuscherzeugenden Bauteileinheiten in Prüfmaschinen oder Vorrichtungen. Das Sensorsystem ist mit einer drahtlosen Schwingungs- oder Körperschall-Sensorvorrichtung (
1) ausgestattet, bei der die Schwingungsenergie ihres elektrodynamischen oder piezoelektrischen Messelements über ein transformatorisches Spulenpaar übertragen wird.
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Gemäß der so konstruierten Vibrationskontaktsonde wird der Taststift anfänglich vibriert durch den Vibrator, und die Veränderung in der Vibration des Taststiftes, die verursacht wird, wenn der Kontaktabschnitt des Taststiftes und das Werkstück in Kontakt gebracht werden, wird nachgewiesen durch den Detektor. Eine Veränderung in dem Nachweissignal, das ausgegeben wird durch den Detektor, wird beobachtet, um die Veränderung in der Vibration des Taststiftes zu erkennen.
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Übrigens wird in der Vibrationskontaktsonde, um den Taststift bei einem vorbestimmten Vibrationszustand zu vibrieren, der Taststift gewöhnlich vibriert mit einem Hauptvibrationsmodus (zum Beispiel Primärvibrationsmodus).
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Jedoch wird, selbst wenn der Taststift mit dem Hauptvibrationsmodus vibriert wird, die Vibration eines Mehrfachvibrationsmodus sowie die Hauptvibrationsmodus-Vibration an dem Taststift erzeugt auf Grund der Konfiguration des Taststiftes und des Einflusses der Masse des an dem Taststift angebrachten Elements.
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Dementsprechend wird die Wirkung der Mehrfachvibrationsmodus-Vibration an dem Nachweissignal erhalten zusätzlich zu der Wirkung der Vibration des Hauptvibrationsmodus, wobei die Wirkung der Mehrfachvibrationsmodus-Vibration Rauschen an der Vibration des Hauptvibrationsmodus verursacht, um sein Signal-Rausch-Verhältnis zu erniedrigen. Ferner fängt der weitere Frequenzbereich der Vibration, der imstande ist, nachgewiesen zu werden durch den Detektor, um so mehr Rauschen, wodurch das Signal-Rausch-Verhältnis weiter reduziert wird.
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Ein Filter mit den gleichen Übertragungseigenschaften kann verwendet werden zum Beschränken des Rauschens des Nachweissignals. Jedoch weist solch ein Filter mit bestimmten Kennwerten entsprechend dem Hauptvibrationsmodus eine komplizierte Struktur auf und ist teuer.
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Andererseits kann in der oben beschriebenen herkömmlichen Kontaktsonde, da eine Menge winziger elektrischer Verbindungen vorgesehen sind zu dem Vibrator und dem Detektor, die Größe und Konfiguration eines gewöhnlichen Verbinders, welcher eine elektrische Verbindung herstellt durch einen Stecker und eine Steckbuchse, nicht an einem winzigen Taststift montiert werden, um Nebensprechen zu vermeiden, welches in Anbetracht des Betriebsverhaltens benötigt wird. Ferner ist die Austauscharbeit der elektrischen Verbindung jedesmal, wenn der Taststift ausgetauscht wird, an sich schwierig und verursacht ein großes Problem in Anbetracht der Bearbeitbarkeit und Arbeitsgeschwindigkeit.
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Andererseits kann die Arbeit erleichtert werden und beschleunigt werden durch Austauschen der gesamten Sonde einschließlich der Halterungsseite des Taststiftes, nicht nur der Seite des Taststiftes. Jedoch ist eine solche Anordnung extrem teuer.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Vibrationsnachweissystems eines elastischen Körpers, das imstande ist, ein Nachweissignal zu erhalten mit verbessertem Signal-Rausch-Verhältnis und die Vibration des elastischen Körpers mit einer einfachen und billigen Anordnung zu erkennen.
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Das Ziel wird erreicht durch ein Vibrationsnachweissystem gemäß Anspruch 1 und eine Vibrationskontakt-Nachweissonde gemäß Anspruch 4. Bevorzugte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen beansprucht.
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Ein Vibrationsnachweissystem eines elastischen Körpers gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung dient zum Nachweisen der Vibration des elastischen Körpers, das System umfasst: einen Detektor zum Nachweisen der Vibration des elastischen Körpers und Ausgeben eines Nachweissignals entsprechend der Vibration, und einen Magnetkreis mit einer Pri-märspule und einer Sekundärspule, wobei die Primärspule und die Sekundärspule in enger elektromagnetischer Verbindung sind, in welchem die Vibration des elastischen Körpers nachgewiesen wird unter Verwendung eines Ausgangssignals, das erzeugt wird in der Sekundärspule, wenn das Nachweissignal von dem Detektor von der Primärspule empfangen wird.
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Gemäß dem obigen Aspekt der Erfindung wird das Nachweissignal von dem Detektor von der Primärspule des Magnetkreises empfangen, und das Ausgangssignal, das in der Sekundärspule erzeugt wird durch gegenseitige Induktion, wird verwendet, um die Vibration des elastischen Körpers nachzuweisen. Da die Spule die Tendenz hat, dass ihre Impedanz größer wird, wenn die Frequenz des elektrischen Stromes erhöht wird, kann die hochfrequente Komponente des Nachweissignals entsprechend dem Mehrfachvibrationsmodus als ein Rauschen im Wesentlichen entfernt werden. Dementsprechend kann, da das Ausgangssignal, das das Rauschen aus dem Nachweissignal entfernt, in der Sekundärspule erzeugt werden kann, die Veränderung in dem Ausgangssignal, die in der Sekundärspule erzeugt wird, mit hoher Genauigkeit gemessen werden, so dass, wenn eine externe Kraft (wie beispielsweise Kontakt mit einem Werkstück) auf den elastischen Körper ausgeübt wird, die Veränderung in der Wirkung der Vibration des elastischen Körpers mit hoher Genauigkeit nachgewiesen werden kann.
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Da ferner in dem Magnetkreis die Primärspule und die Sekundärspule in enger elektromagnetischer Verbindung sind, wird Spannung in der Sekundärspule erzeugt, wenn das Wechselstromsignal durch die Primärspule hindurchgeht. In der Sekundärspule wird keine Spannung erzeugt, wenn ein Gleichstromsignal, das keine Veränderung im elektrischen Strom aufweist, durch die Primärspule hindurchgeht. Dementsprechend kann der Einfluss auf die in der Sekundärspule erzeugte Spannung vermieden werden kann, selbst wenn bei Kontakt des elastischen Körpers mit dem Werkstück etc. statische Elektrizität erzeugt wird, da die statische Elektrizität Gleichstrom ist.
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Da die Windungsanzahl der Sekundärspule mehr ist als die Windungsanzahl der Primärspule, kann die verstärkte Amplitude des Ausgangssignals durch Anheben der Amplitude des von der Primärspule empfangenen Nachweissignals durch die Sekundärspule erzeugt werden.
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Da der Magnetkreis, der die enge elektromagnetische Verbindung zwischen der Primärspule und der Sekundärspule ermöglicht, verwendet wird, kann die Anordnung des Vibrationsnachweissystems leicht und kostengünstig konstruiert werden im Unterschied zu der herkömmlichen Anordnung, die ein Filter von spezifischen Übertragungskennwerten verwendet.
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In dem obigen Aspekt der Erfindung kann der Detektor vorzugsweise an den elastischen Körper angefügt sein und konstruiert sein aus einem piezoelektrischen Element oder Dehnungsnachweiselement.
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Da gemäß der obigen Anordnung der Detektor an den elastischen Körper angefügt ist und konstruiert ist aus einem piezoelektrischen Element oder Dehnungsnachweiselement, kann die Struktur des Detektors vereinfacht werden, und seine Herstellkosten können reduziert werden. Das Dehnungsnachweiselement betrifft ein Element zum Ausgeben eines elektrischen Potentials entsprechend der Dehnung eines Objektes wie eines Dehnmessstreifens.
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Das obige Wort „anfügen“ umfasst sowohl die direkte Anbringung des piezoelektrischen Elementes des Dehnungsnachweiselementes an dem elastischen Körper als auch die indirekte Anbringung über ein Glied zum Halten des elastischen Körpers.
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In dem obigen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Detektor vorzugsweise um den elastischen Körper herum angeordnet sein und konstruiert sein aus einem kontaktlosen Nachweiselement zum Nachweisen der Vibration des elastischen Körpers in einer kontaktlosen Weise.
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Da gemäß dem obigen Aspekt der vorliegenden Erfindung der Detektor konstruiert ist aus einem kontaktlosen Nachweiselement wie beispielsweise einer Lichtleitfaser und einer Laser-Doppler-Vorrichtung, kann der Einfluss auf die Vibration des elastischen Körpers auf Grund von Kontakt zwischen dem elastischen Körper und dem Detektor eliminiert werden, wodurch die Genauigkeit zum Nachweisen der Vibration des elastischen Körpers verbessert wird.
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Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Vibrationskontakt-Nachweissonde, die imstande ist, einen Wechsel der elektrischen Verbindung des Vibrators und des an den Taststift angefügten Detektors bei Austauschen des Taststiftes zu eliminieren. Speziell kann in der Vibrationskontakt-Nachweissonde gemäß der vorliegenden Erfindung eine Neukalibrierung nach dem Austausch einschließlich dem kleinen Taststift leicht und rasch ausgeführt werden, und die Mühe zum Wechseln der elektrischen Verbindung des Vibrators und des an den Taststift angefügten Detektors kann eliminiert werden, während verschiedene Zustände aufrechterhalten werden.
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Wenn bei Austausch des Taststiftes nur der taststiftseitige Teil auszutauschen ist, ist ein möglicher Wirkungsparameter, der zu aktualisieren ist, die Vibrationsfrequenz und die Nachweisverstärkung. Durch Befehlen der Daten an die Steuereinrichtung auf der Taststifthalterungsseite bei dem Austausch des Taststiftes können die Daten geeignet abgeglichen werden zu einem Computer der Steuereinrichtung, die Neueinstellung kann leicht und rasch ausgeführt werden.
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Mechanische Abmessungen der auszutauschenden Teile einschließlich dem Taststift können unabhängig kalibriert werden im voraus durch eine Kalibriereinrichtung. Wenn die Position zum Anfügen des ausgetauschten Teiles reproduziert wird bei Austausch des Taststiftes, kann eine mechanische Rekalibrierung nach dem Austausch leicht und rasch ausgeführt werden, indem nur ein winziger mechanischer Wert gemessen wird.
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In Anbetracht des Obigen verwendet eine Vibrationskontakt-Nachweissonde gemäß der vorliegenden Erfindung eine enge elektromagnetische Verbindung wie in dem oben beschriebenen Vibrationsnachweissystem, um eine Änderung der elektrischen Verbindung des Vibrators und des Detektors, die an den Taststift angefügt sind, bei Austausch des Taststiftes zu eliminieren.
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Eine Vibrationskontakt-Nachweissonde gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst: einen schaftförmigen Taststift mit einem Kontaktabschnitt, der in Kontakt mit einem Werkstück sein soll, einen Vibrator zum Bewirken einer elastischen Vibration an dem Taststift, wenn elektrische Wechselstromenergie daran angelegt wird, einen Detektor zum Nachweisen der Wirkung der Vibration, die sich ändert entsprechend dem Kontakt des Kontaktabschnitts mit dem Werkstück, einen Vibrationsenergieübertrager zum Anlegen der elektrischen Wechselstromenergie an den Vibrator, einen Nachweissignalübertrager, der mit dem Detektor verbunden ist, sowie eine Taststifthalterung und eine Taststiftkonstruktion, die gegenseitig zusammengesetzt sind, wobei der Vibrationsenergieübertrager einen ersten Primärmagnetkreis aufweist mit einer ersten Primärspule, die mit einer Vibrationsenergiequelle verbunden ist, und einen ersten Sekundärmagnetkreis mit einer ersten Sekundärspule, die mit dem Vibrator verbunden ist, wobei der Nachweissignalübertrager einen zweiten Primärmagnetkreis aufweist mit einer zweiten Primärspule, die mit dem Detektor verbunden ist, sowie einen zweiten Sekundärmagnetkreis mit einer zweiten Sekundärspule zum Holen des Nachweissignals, wobei der Taststift, der Vibrator, der erste Sekundärmagnetkreis und der zweite Primärmagnetkreis an der Taststiftkonstruktion integriert sind, wobei der erste Primärmagnetkreis und der zweite Sekundärmagnetkreis an der Taststifthalterung integriert sind, wobei, wenn die Taststiftkonstruktion und die Taststifthalterung zusammengesetzt werden, enge elektromagnetische Verbindung hergestellt wird zwischen dem ersten Primärmagnetkreis und dem ersten Sekundärmagnetkreis und zwischen dem zweiten Primärmagnetkreis und dem zweiten Sekundärmagnetkreis und die mechanische Position des Taststiftes relativ zu der Taststifthalterung reproduziert werden kann.
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Da gemäß der obigen Anordnung die Taststiftkonstruktion, die den Vibrator, den Detektor, den ersten Sekundärmagnetkreis und en zweiten Primärmagnetkreis einteilig unterbringt, und die Taststifthalterung, die den ersten Primärmagnetkreis und den zweiten Sekundärmagnetkreis einteilig unterbringt, gegenseitig montierbar sind, ist es nur erforderlich, die Taststiftkonstruktion auszutauschen bei Austausch des Taststiftes, so dass die Rekalibrierung nach Austausch einschließlich dem kleinen Taststift leicht und rasch ausgeführt werden kann, und Mühe zum Wechseln der elektrischen Verbindung des Vibrators und des an den Taststift angefügten Detektors eliminiert werden kann, während verschiedene Zustände aufrechterhalten werden.
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In der Vibrationskontakt-Nachweissonde der vorliegenden Erfindung können der zweite Primärmagnetkreis und der zweite Sekundärmagnetkreis vorzugsweise angeordnet werden, ohne in elektromagnetischer Verbindung mit dem anderen elektromagnetischen System der Taststiftkonstruktion und dem anderen elektromagnetischen System der Taststifthalterung zu sein.
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Da gemäß der obigen Anordnung der zweite Primärmagnetkreis und der Sekundärmagnetkreis zum Übertragen des Nachweissignals nicht in elektromagnetischer Verbindung ist mit dem anderen elektromagnetischen System auf der Seite der Taststiftkonstruktion und der Taststifthalterung, wird das Signal-Rausch-Verhältnis des Nachweissignals, welches schwach ist relativ zu der elektromagnetischen Größe der Vibrationsenergie, nicht verschlechtert.
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In der Vibrationskontakt-Nachweissonde der vorliegenden Erfindung können die jeweiligen Paare der ersten Primärspule und der Sekundärspule und der zweiten Primärspule und der Sekundärspule vorzugsweise koaxial angeordnet werden entlang einer Axialrichtung des Taststiftes.
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Da gemäß der obigen Anordnung die jeweiligen Paare von Spulen koaxial angeordnet sind entlang der Axialrichtung des Taststiftes, können die Spulen leicht eingebaut werden und die Sonde kann leicht hergestellt werden.
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In der Vibrationskontakt-Nachweissonde der vorliegenden Erfindung können die erste Primärspule und die Sekundärspule und die zweite Primärspule und die Sekundärspule vorzugsweise aus einer toroidalen Spule konstruiert sein.
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Da gemäß der obigen Anordnung die jeweiligen Spulen aus einer toroidalen Spule konstruiert sind, kann die Magnetflussstreuung reduziert werden.
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In der Vibrationskontakt-Nachweissonde der vorliegenden Erfindung können die Taststiftkonstruktion und die Taststifthalterung vorzugsweise gebildet sein aus einem Paar von Strukturen, die zusammengesetzt sind, um einen Zylinder zu bilden oder ein Polygonrohr, welches parallel getrennt ist mit seiner zentralen Achse.
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Da gemäß der obigen Anordnung die Taststiftkonstruktion und die Taststifthalterung so zusammengesetzt sind, dass sie einen Zylinder bilden oder ein Polygonrohr, kann die Größe der Sonde reduziert werden, und die Sonde kann leicht auseinander genommen und wieder montiert werden.
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In der Vibrationskontakt-Nachweissonde der vorliegenden Erfindung können die Taststiftkonstruktion und die Taststifthalterung vorzugsweise gebildet sein durch einen inneren und äußeren koaxialen Zylinder mit einer gemeinsamen Achse oder einem Paar von inneren und äußeren Polygonrohren.
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In der Vibrationskontakt-Nachweissonde der vorliegenden Erfindung können die Taststiftkonstruktion und die Taststifthalterung in der Axialrichtung zusammengesetzt werden und können leicht fixiert werden, zum Beispiel durch eine Klemmschraube.
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In der Vibrationskontakt-Nachweissonde der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise ein Verstärker des Detektors vorgesehen sein, wobei der Verstärker betrieben wird durch eine Energie, die erzeugt wird durch die erste Sekundärspule, die einen Teil von elektrischer Wechselstromenergie verwendet.
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Wenn gemäß der obigen Anordnung das Nachweissignal zu schwach ist zur tatsächlichen Verwendung, kann das Nachweissignal durch den Verstärker verstärkt werden. Ferner kann der Verstärker betrieben werden durch die erste Sekundärspule unter Verwendung eines Teiles der elektrischen Wechselstromenergie, wodurch ihr effizienter Antrieb ermöglicht wird.
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In der Vibrationskontakt-Nachweissonde der vorliegenden Erfindung kann vorzugsweise ein Verstärker des Detektors vorgesehen sein, wobei der Verstärker betrieben wird durch eine Energie, die erzeugt wird unter Verwendung eines Teiles elektrischer Wechselstromenergie, die geliefert wird durch eine dritte Spule unabhängig von der ersten Primärspule und Sekundärspule und der zweiten Primärspule und Sekundärspule.
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Wenn gemäß der obigen Anordnung nicht ausreichende Größe in der von der ersten Sekundärspule erhaltenen Übertragung vorhanden ist, kann der Verstärker betrieben werden durch die elektrische Wechselstromenergie, die geliefert wird durch die dritte Spule unabhängig von der ersten Primärspule und Sekundärspule und der zweiten Primärspule und Sekundärspule.
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Figurenliste
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- 1 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die eine Vibrationskontakt-Nachweissonde gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 2 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die eine Vibrationskontakt-Nachweissonde gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 3 ist ein Querschnitt, der eine Vibrationskontakt-Nachweissonde gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 4 ist eine Darstellung, die eine Modifikation eines Magnetkreises gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform zeigt;
- 5 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die eine Vibrationskontakt-Nachweissonde gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 6 ist ein Blockdiagramm, das schematisch ein System gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 7 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Kontaktsonde gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
- 8 ist eine Darstellung, die schematisch den Magnetkreis etc. der fünften Ausführungsform zeigt; und
- 9 ist eine Darstellung, die schematisch einen primären Abschnitt des System gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORM(EN)
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Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die angefügten Zeichnungen beschrieben. Übrigens werden die gleichen Bezugszeichen angefügt an die gleichen Komponenten, und ihre Beschreibung wird weggelassen oder vereinfacht in der folgenden Beschreibung der Ausführungsform.
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[Erste Ausführungsform]
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1 zeigt eine Vibrationskontakt-Nachweissonde PI gemäß der ersten Ausführungsform. Die Vibrationskontakt-Nachweissonde PI weist einen Taststift 2 auf, eine Taststiftanordnung 1 mit einem Vibrator 4 und einem Detektor 6, einen Vibrationsenergieübertrager 10 zum Anlegen einer elektrischen Wechselstromenergie an den Vibrator 4, einen mit dem Detektor 6 verbundenen Nachweissignalübertrager 20, eine Taststifthalterung 30 und eine Taststiftkonstruktion 40, die gegenseitig zusammengesetzt sind, sowie eine äußere Zylinderhülse 50, die aus einem Magnetkörper besteht.
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Die Taststiftanordnung 1 umfasst den Taststift 2, der einen Kontaktabschnitt 2A aufweist, um mit einem Werkstück in Kontakt zu sein, und Schaftgestalt aufweist, einen elastischen Elementanfügungskörper 3, der einen Mittelabschnitt des Taststiftes 2 hält, wobei der Vibrator 4 aus einem piezoelektrischen Element besteht, das an eine Seite des elastischen Elementanfügungskörpers 3 angefügt ist zum Bewirken elastischer Vibration (Axialrichtungsvibration des Taststiftes 2: Vibration in Pfeilrichtung) durch Anlegen von elektrischer Wechselstromenergie, einen vibrator-elektrisch-verbindenden Zuführungsdraht 5, der mit dem Vibrator 4 verbunden ist, wobei der Detektor 6 aus einem piezoelektrischen Element besteht zum Nachweis der Wirkung der Vibration, die sich verändert entsprechend dem Kontakt des Kontaktabschnitts 2A des Taststiftes 2 mit dem Werkstück, und einen detektor-elektrisch-verbindenden Zuführungsdraht 7, der mit dem Detektor 6 verbunden ist.
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Der Vibrationsenergieübertrager 10 weist einen ersten Primärmagnetkreis 11 und einen ersten Sekundärmagnetkreis 12 auf.
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Der erste Primärmagnetkreis 11 besteht aus einer Primärspule 11A, die mit einer Vibrationsenergiequelle verbunden ist, einem Joch 11B und einem Magnetkern 11C.
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Der erste Sekundärmagnetkreis 12 besteht aus einer Sekundärspule 12A, die mit dem Vibrator 4 verbunden ist über den vibrator-elektrisch-verbindenden Zuführungsdraht 5, einem Joch 12B und einem Magnetkern 12C.
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Der Nachweissignalübertrager 20 weist einen zweiten Primärmagnetkreis 21 und einen zweiten Sekundärmagnetkreis 22 auf.
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Der zweite Primärmagnetkreis 21 besteht aus einer Primärspule 21A, die mit dem Detektor 6 verbunden ist über den detektor-elektrisch-verbindenden Zuführungsdraht 7, einem Joch 21B und einem Magnetkern 21C.
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Der zweite Sekundärmagnetkreis 22 besteht aus einer Sekundärspule 22A zum Holen des Nachweissignals, einem Joch 22B und einem Magnetkern 22C.
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In der Taststifthalterung 30 sind der erste Primärmagnetkreis 11 und der zweite Sekundärmagnetkreis 22 in integrierter Weise untergebracht. Spezifisch werden der erste Primärmagnetkreis 11 und der zweite Sekundärmagnetkreis 22 durch die Taststifthalterung 30 integriert. Übrigens wirkt die Taststifthalterung 30 auch als das Joch 11B des ersten Primärmagnetkreises 11 und als das Joch 22B des zweiten Sekundärmagnetkreises 22.
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Der Taststift 2, der Vibrator 4, der Detektor 6, der erste Sekundärmagnetkreis 12 und der zweite Primärmagnetkreis 21 sind in der Taststiftkonstruktion 40 in integrierter Weise untergebracht. Mit anderen Worten werden der Taststift 2, der Vibrator 4, der Detektor 6, der erste Sekundärmagnetkreis 12 und der zweite Primärmagnetkreis 21 durch die Taststiftkonstruktion integriert. Übrigens wirkt die Taststiftkonstruktion 40 auch als das Joch 12B des ersten Sekundärmagnetkreises 12 und als das Joch 21B des zweiten Primärmagnetkreises 21.
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Die Taststiftkonstruktion 40 und die Taststifthalterung 30 werden gegenseitig montiert, um ein Zylinder zu sein. Dementsprechend bilden die Taststiftkonstruktion 40 und die Taststifthalterung 30 jeweils ein Paar von Konstruktionen, die nach dem Montieren parallel mit der zentralen Achse des zylindrischen Körpers unterteilt sind.
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Wenn die Taststiftkonstruktion 40 und die Taststifthalterung 30 zusammengesetzt sind, sind die Primärspule 11A und die Sekundärspule 12A des ersten Paares und die Primärspule 21A und die Sekundärspule 22A des zweiten Paares gegenseitig koaxial gelegen entlang der Achsrichtung (zentrale Achse der Taststiftkonstruktion 40 und der Taststifthalterung 30) des Taststiftes 2.
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Wenn die Taststiftkonstruktion 40 und die Taststifthalterung 30 zusammengesetzt sind, sind eine Endfläche 11L des ersten Primärmagnetkreises 11 und eine Endfläche 12R des ersten Sekundärmagnetkreises 12, und eine Endfläche 21R des zweiten Primärmagnetkreises 21 und eine Endfläche 22L des zweiten Sekundärmagnetkreises 22 in engem Kontakt, und ein Spalt 60 wird gebildet zwischen der Endfläche 12L des ersten Sekundärmagnetkreises 12 und der Endfläche 22R des zweiten Sekundärmagnetkreises 22. Spezifisch sind das Paar des ersten Primärmagnetkreises 11 und des ersten Sekundärmagnetkreises 12 und das Paar des zweiten Primärmagnetkreises 21 und des zweiten Sekundärmagnetkreises 22 in enger elektromagnetischer Verbindung, und der erste Sekundärmagnetkreis 21 und der zweite Sekundärmagnetkreis 22 werden in grober elektromagnetischer Verbindung gehalten. Dementsprechend wird das Signal-Rausch-Verhältnis des relativ schwachen Nachweissignals im Vergleich zu dem Elektromagnetismus der Vibrationsenergie nicht verschlechtert. Mit anderen Worten sind der zweite Primärmagnetkreis 21 und Sekundärmagnetkreis 22 (Spulengruppe 21A, 22A) nicht elektromagnetisch verbunden mit den anderen elektromagnetischen Systemen der Taststiftkonstruktion 40 und der Taststifthalterung 30.
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Um elektromagnetisches Nebensprechen zu vermeiden, ist es übrigens praktisch, dass der vibrator-elektrisch-verbindende Zuführungsdraht 5 und der detektor-elektrisch-verbindende Zuführungsdraht 7 isoliert sind durch den Magnetkörper der Taststiftkonstruktion und gegenseitig getrennt sind, wenn sie in dem gleichen Raum angeordnet sind. Dementsprechend sind in 1 die Zuführungsdrähte an der äußeren Endfläche der Taststiftkonstruktion 40 räumlich getrennt.
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In dem Montageprozess wird die Taststiftkonstruktion 40 mit dem Taststift 2, dem Detektor 6, dem ersten Sekundärmagnetkreis 12 und dem zweiten Primärmagnetkreis 21 zusammengesetzt mit dem Taststifthalterung 30, die den ersten Primärmagnetkreis 11 und den zweiten Sekundärmagnetkreis 22 aufweist. Anschließend wird die äußere Zylinderhülse 50 an deren Außenseite angebracht. Dementsprechend kann die mechanische Position des Tast-stiftes 2 relativ zu der Taststifthalterung 30 mit hoher Genauigkeit reproduziert werden.
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Andererseits ist es, um die Passung zwischen der Taststiftkonstruktion 40 und der Taststifthalterung 30 zu lösen, nur nötig, dass die äußere Zylinderhülse 50 anfänglich abgenommen wird und die Taststiftkonstruktion 40 von der Taststifthalterung 30 abgenommen wird. Die Manipilation kann extrem leicht und rasch durchgeführt werden, und keine elektrische Verbindung des vibrator-elektrisch-verbindenden Zuführungsdrahtes 5 und des detektor-elektrisch-verbindenden Zuführungsdrahtes 7 wird benötigt.
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Mit anderen Worten kann, da es nur erforderlich ist, die Taststiftkonstruktion 40 bei dem Auswechseln des Taststiftes 2 auszuwechseln, die Rekalibrierung nach dem Austausch einschließlich dem winzigen Taststift leicht und rasch durchgeführt werden, so dass Mühe zum Wechseln der elektrischen Verbindung des Vibrators 4 und des an den Taststift 2 angefügten Detektors 6 eliminiert werden kann, während verschiedene Zustände aufrechterhalten werden.
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[Zweite Ausführungsform]
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2 zeigt eine Vibrationskontakt-Nachweissonde P2 gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung.
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Die Vibrationskontakt-Nachweissonde weist eine unterschiedliche Form der Primärspulen 11A und 21A und der Sekundärspulen 12A und 22A auf, welche die ersten und zweiten Primärmagnetkreise 11, 12, 21 und 22 bilden, im Vergleich zu der Vibrationskontakt-Nachweissonde PI der ersten Ausführungsform. Speziell sind, wenn die Taststiftkonstruktion 40 und die Taststifthalterung 30 zusammengesetzt sind, die jeweiligen Paare der ersten Spulen 11A und 12A und der zweiten Spulen 21A und 22A senkrecht angeordnet zu der Axialrichtung des Taststiftes 2, koaxial.
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Ferner weist der Taststift 30 eine Ebene 30A auf, welche einen zylindrischen Körper, bestehend aus einem Magnetkörper, schneidet mit einer Ebene parallel zu seiner zentralen Achse, wobei die Ebene 30A auch als die Endflächen 11L und 22L wirkt. Dementsprechend weisen die Primärmagnetkreise 11 und 22, die zu der Seite der Taststifthalterung 30 angeordnet sind, keine Magnetkerne 11C und 22C auf.
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Statt dessen müssen, um eine elektrisch enge Verbindung mit der Taststiftkonstruktion 40 zu erzielen, drei Abschnitte der Taststiftkonstruktion 40 in engem Kontakt sein. Speziell ist die Ebene 30A in engem Kontakt mit den Magnetkernen 12C und 22C der Taststiftkonstruktion 40 und deren beiden dazwischenliegenden Seiten (entsprechend den Endflächen 12R und 21R).
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Da gemäß der zweiten Ausführungsform der Querschnitt der Spule frei vergrößert und verkleinert werden kann entlang der Axialrichtung, kann eine große Freiheit der Konstruktion erzielt werden, solange die Kapazität der übertragenen Vibrationsenergie und des Nachweissignals durch die Spule toleriert werden können in Anbetracht der Kennwerte des Magnetkreises.
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Jedoch bilden, wenn die Taststiftkonstruktion mit der Taststifthalterung 30 zusammengesetzt ist, die Taststifthalterung 30 und die Taststiftkonstruktion 40 zwei Komponenten, die parallel unterteilt sind entlang der zentralen Achse der zylindrischen Konstruktion wie in der ersten Ausführungsform.
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[Dritte Ausführungsform]
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3 zeigt eine Vibrationskontakt-Nachweissonde P3 gemäß der dritten
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Ausführungsform der Erfindung
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In der Vibrationskontakt-Nachweissonde P3 bestehen die Taststifthalterung 30 und die Taststiftkonstruktion 40 aus einem Paar eines Außenzylinders und eines Innenzylinders aus koaxialen inneren und äußeren Strukturen mit einer gemeinsamen Achse. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Taststifthalterung strukturiert durch einen Außenzylinder 31, und die Taststiftkonstruktion 40 ist strukturiert durch einen Innenzylinder 41.
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Der Außenzylinder 31 besteht aus einer Hülse 31A, die aus einem Magnetkörper konstruiert ist, und einem Montageglied 31B, das an einer Basis der Hülse 31A angebracht ist. Eine erste Primärspule 11A und eine zweite Sekundärspule 22A sind an dem äußeren Umfang der Hülse 31A angeordnet, gegenseitig beabstandet durch ein vorbestimmtes Intervall.
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Der Innenzylinder 41 besteht aus zwei Einsetzzylindern 41A und 41B, einem Abstandhalter 41C und einem Verbindungsbolzen 41D zum Integrieren der Komponenten. Auf dem äußeren Umfang des Einsetzzylinders 11A ist eine erste Sekundärspule 12A angeordnet bei einer Position, die der ersten Primärspule 11A entspricht. Auf dem äußeren Umfang des Einsetzzylinders 41B ist eine zweite Primärspule 21A angeordnet bei einer Position, die der zweiten Sekundärspule 22A entspricht. Der Außenzylinder 31 und die Einsetzzylinder 41A und 41B bestehen aus Magnetkörper, so dass eine enge elektrische Verbindung zwischen den ersten und den zweiten Paaren von Spulen hergestellt werden können. Der Abstandhalter 41C besteht aus einem nichtmagnetischen Material, um den Spalt 60 vorzusehen.
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Übrigens sind die erste Primärspule 11A und die Sekundärspule 12A sowie die zweite Primärspule 21A und die Sekundärspule 22A parallel und koaxial mit einer gemeinsamen Achse in Solenoidgestalt ausgebildet.
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Da gemäß der dritten Ausführungsform die Taststiftkonstruktion 40 ein mit der Taststifthalterung 30 koaxialer Zylinder ist, können die Taststiftkonstruktion 40 und die Taststifthalterung 30 in axialer Richtung zusammengesetzt werden und leicht in bei der Fixierung der Komponenten fixiert werden.
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Da ferner die Taststifthalterung 30 auch als die äußere Zylinderhülse 50 fungiert, kann die Anzahl der Komponenten reduziert werden, wodurch die Herstellkosten reduziert werden.
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Da in der vorliegenden Ausführungsform die Primärspulen und die Sekundärspulen der jeweiligen Spulenpaare parallel zu der Achse sind im Unterschied zu der ersten und der zweiten Ausführungsform, neigt übrigens der Durchmesser des Körpers dazu, vergrößert zu werden, obwohl die axiale Länge der Taststifthalterung 30 verkürzt ist.
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[Modifikationen der ersten bis dritten Ausführungsform]
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Obwohl die Taststiftkonstruktion 40 und die Taststifthalterung 30 konstruiert sind aus einem Paar von Strukturen, die zusammengesetzt sind, um einen Zylinder zu bilden, welcher parallel zu seiner zentralen Achse unterteilt ist in der ersten und der zweiten Ausführungsform, können die Taststiftkonstruktion 40 und die Taststifthalterung 30 konstruiert sein aus einem Paar von Strukturen, die so zusammengesetzt sind, dass sie ein Polygonrohr bilden, welches parallel zu seiner zentralen Achse unterteilt ist.
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Obwohl in der dritten Ausführungsform die Taststifthalterung 30 und die Taststiftkonstruktion 40 gebildet sind aus einem Paar des Außenzylinders 31 und des Innenzylinders 41 der koaxialen Struktur mit einer gemeinsamen Achse, können die Taststifthalterung 30 und die Taststiftkonstruktion 40 der dritten Ausführungsform konstruiert sein aus einem Paar eines inneren und äußeren koaxialen Polygonrohres.
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Das Joch und der Magnetkern der jeweiligen Magnetkreise 11, 12, 21 und 22 , die in der jeweiligen ersten bis dritten Ausführungsform beschrieben sind, sind nicht auf die obige Anordnung beschränkt, sondern können zum Beispiel ein toroidaler Kern sein, wie in 4 gezeigt, welcher gewöhnlich von geringerer Magnetflussstreuung ist.
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[Vierte Ausführungsform]
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In den obigen jeweiligen Ausführungsformen kann, wenn das Nachweissignal übermäßig schwach ist zur praktischen Verwendung, ein Verstärker (durch Gleichstrom betriebene integrierte Schaltung) zum Verstärken des Nachweissignals vorzugsweise angeschlossen sein zwischen dem Detektor 6 und der zweiten Primärspule 21A:
- Zu diesem Zeitpunkt ist der elektrische Wechselstrom des Mediums, welcher die Vibrationsenergie überträgt, ein Wechselstrom konstanter Amplitude und konstanter Frequenz (normal gehörig zur Hochfrequenz) entsprechend der elastischen Vibration des Taststiftes 2 sein. Wenn jedoch genügend Raum vorhanden ist in der durch die erste Sekundärspule 12A empfangenen Übertragungsgröße, kann ein vorbestimmter Gleichstrom an den Verstärker geliefert werden durch die integrierte Schaltung zum Umwandeln von Wechselstrom (AC) und Gleichstrom (DC), der mit der Sekundärspule 12A parallel zu dem Vibrator 4 angeschlossen ist.
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Wenn nicht so viel Übertragungsgröße durch die Sekundärspule 12A empfangen wird, kann ein dritter Magnetkreis zusätzlich angehängt werden, wobei seine Primärspule an der Taststifthalterung 30 vorgesehen ist und seine Sekundärspule an der Taststiftkonstruktion 40 vorgesehen ist, wobei die integrierte Schaltung zum Umwandeln von AC/DC mit der Sekundärspule verbunden ist, wodurch ein vorbestimmter Gleichstrom an den Verstärker geliefert wird.
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Eine Anordnung zum Zuführen von Energie zu dem Verstärker unter Verwendung des dritten Magnetkreises ist zum Beispiel in 5 gezeigt.
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In 5 sind die gleichen ersten und zweiten Magnetkreise 10 und 20 wie die zweite Ausführungsform vorgesehen zwischen der Taststifthalterung 30 und der Taststiftkonstruktion 40, und der Vibrator 4 und der Detektor 6 sind an der Taststiftkonstruktion 40 vorgesehen.
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Ferner ist eine integrierte Schaltung 4A vorgesehen zwischen der ersten Sekundärspule 12A, und der Vibrator 4 und ein dritter Magnetkreis 70 sind zwischen der Taststifthalterung 30 und der Taststiftkonstruktion 40 angeordnet. In dem dritten Magnetkreis 70 ist eine Primärspule 71A an der Taststifthalterung 30 vorgesehen, und eine Sekundärspule 72A ist an der Taststiftkonstruktion 40 vorgesehen. Übrigens sind die jeweiligen Spulen 71A und 72A die gleichen wie die oben beschriebenen Spulen 11A, 12A, 21A und 33A. Die integrierte Schaltung 4A ist mit der Sekundärspule 72A verbunden. Durch Zuführen der Energie für den Verstärker zu der Primärspule 71A auf der Seite der Taststifthalterung 30 kann die integrierte Schaltung 4A verwendet werden als eine Energiequelle für den Verstärker über den dritten Magnetkreis 70.
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[Fünfte Ausführungsform]
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6 zeigt ein Vibrationsnachweissystem 101 gemäß der fünften Ausführungsform der Erfindung. Das Vibrationsnachweissystem 101 weist eine Vibrationsenergie-Stromquelle 110 auf, eine Kontaktsonde 120, einen Magnetkreis 130 und einen Signalprozessor 140. Die Vibrationsenergie-Stromquelle 110 liefert ein vorbestimmtes Wechselstromsignal an einen nachfolgend beschriebenen Vibrator 122 der Kontaktsonde 120.
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Wie speziell in 7 gezeigt, weist die Kontaktsonde 120 einen Taststift 121 auf als einen elastischen Körper der vorliegenden Erfindung, einen Vibrator 122 zum Vibrieren des Taststiftes 121 und einen Detektor 123 zum Nachweisen der Vibration des Taststiftes 121.
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Der Taststift 121 ist ausgebildet in einem geeigneten Zylinder mit einem scheibenförmigen Kontaktabschnitt 121A, der an seinem distalen Ende in Kontakt sein soll mit einem Werkstück, und einem Gegengewicht 121B an seinem hinteren Ende, falls notwendig. Der Taststift 121 wird in seinem Mittelabschnitt gehalten durch einen Taststifthalter 124.
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Der Taststifthalter 124 weist einen Fixierabschnitt auf, der anzufügen ist an einen Bewegungsschaft eines Messinstrumentes (nicht gezeigt: zum Beispiel Rauhtiefenmesser, Koordinaten-Messmaschine, Oberflächentextur-Messmaschine und Messmaschine für kleine Bohrungen), sowie einen Taststiftaufsatz 242 zum Bonden und Fixieren des Taststiftes 121, wobei der Fixierabschnitt 241 und der Taststiftaufsatz 242 einstückig ausgebildet sind. Der Taststiftaufsatz 242 ist in zwei Teile verzweigt, wobei die beiden Teile die zwei Punkte des Taststiftes 121 entlang der Axialrichtung halten. Das distale Ende des Taststiftaufsatzes 242 für den Taststift 121, der zu bonden ist, ist in einem C-förmigen Querschnitt ausgebildet, und der Taststift 121 ist in seiner Öffnung gelegen.
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Der Vibrator 122 und der Detektor 123 bestehen jeweils aus einem vibrator-piezoelektrischen Element und einem detektor-piezoelektrischen Element. Elektroden sind an der Ober- und Unterseite der zwei piezoelektrischen Elemente ausgebildet. Die piezoelektrischen Elemente sind in entgegengesetzter Art angeordnet, welche jeweils angefügt sind an obere und untere Fläche des Taststiftaufsatzes 24, der sich über die Verzweigung spannt. Übrigens wird ein Wechselstromsignal von der Vibrationsenergie-Stromquelle 110 angelegt, um den Vibrator 122 zu vibrieren.
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Wie in 8 gezeigt, weist der Magnetkreis 130 ein annähernd quadratisches Rahmenkernglied 133, eine Primärspule 131 und eine Sekundärspule 132 auf, die jeweils um gegenüberliegende zwei Seiten des Kerngliedes 133 gewickelt sind, wodurch eine enge elektromagnetische Verbindung zwischen der Primärspule 131 und der Sekundärspule 132 erzielt wird.
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Beide Enden der Primärspule 131 sind jeweils verbunden mit beiden Enden des Detektors 123 der Kontaktsonde 120, und elektrische Ladung, die an beiden Enden des Detektors 123 (detektor-piezoelektrischen Elementes) erzeugt wird, wird an die Primärspule 131 angelegt. Mit anderen Worten wird durch den Detektor 123 Spannung an die Primärspule 131 angelegt.
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Andererseits sind die beiden Enden der Sekundärspule 132 verbunden mit dem Signalprozessor 140. Der Signalprozessor 140 empfängt ein Wechselstromsignal (Ausgangssignal) von der Sekundärspule 132 und gibt ein Signal ab zu der Außenseite, beruhend auf dem Analyseergebnis des Wechselstromsignals.
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In dem so angeordneten Magnetkreis 130 wird, wenn das Nachweissignal (Spannung) von dem Detektor 123 an die Primärspule 131 angelegt wird, das Ausgangssignal (Wechselstromsignal) an der Sekundärspule 132 durch gegenseitige Induktion erzeugt.
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Eine Spule hat die allgemeine Tendenz, dass sich die Impedanz entsprechend der Frequenz des elektrischen Stroms erhöht, so dass hochfrequenter elektrischer Strom schwerer durch die Spule fließt. Dementsprechend wird, wenn das Nachweissignal des Detektors 123, das von der Primärspule 131 empfangen wird, eine hochfrequente Komponente enthält, ein Ausgangssignal an der Sekundärspule 132 erzeugt, aus welchem die hochfrequente Komponente im Wesentlichen entfernt ist.
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Das Verhältnis der Windungsanzahl der Primärspule 131 und der Sekundärspule 132 wird bestimmt bei einem vorbestimmten Verhältnis, bei dem die Windungsanzahl der Sekundärspule 132 mehr ist als die Windungsanzahl der Primärspule 131. Dementsprechend kann die Amplitude des Ausgangssignals, verstärkt durch Erhöhen der Amplitude des von der Primärspule 131 empfangenen Nachweissignals, an der Sekundärspule 132 erzeugt werden. Als nächstes wird nachfolgend eine Funktion der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
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Anfänglich wird elektrische Energie an den Vibrator 122 angelegt durch die Vibrationsenergie-Stromquelle 110, anders ausgedrückt, Spannung einer vorbestimmten Frequenz wird an das vibrierende piezoelektrische Element angelegt, um den Taststift 121 zu vibrieren mit einem Hauptvibrationsmodus (zum Beispiel Primärvibrationsmodus).
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Zu diesem Zeitpunkt wird zusätzlich zu dem Hauptvibrationsmodus mittels der Konfiguration des Taststiftes 121, der Masse des Taststifthalters 124 für den anzubringenden Taststift 121, des an den Taststift 121 angefügten Vibrators 122 und der Masse des Detektors 123 ein Mehrfachvibrationsmodus einschließlich einer Hochfrequenzkomponente an dem Taststift 121 erzeugt.
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Die Vibration des Mehrfachvibrationsmodus des Taststiftes 121 wird direkt übertragen auf den Detektor 123 (das nachweisende piezoelektrische Element), und der Detektor 123 wird auch vibriert mit einem Mehrfachvibrationsmodus wie in dem Taststift 121. Dementsprechend wird die Wirkung der Vibration des Mehrfachvibrationsmodus sowie die Wirkung der Vibration des Hauptvibrationsmodus an dem durch den Detektor 123 erzeugten Nachweissignal reflektiert.
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Wenn das Nachweissignal (Spannung) von dem Detektor 123 an die Primärspule 131 angelegt wird, wird das Ausgangssignal (Wechselstromsignal) an der Sekundärspule 132 erzeugt durch gegenseitige Induktion. Da wie oben beschrieben die Spule eine Tendenz hat, den Fluss von hochfrequentem elektrischen Strom zu behindern, wenn die hochfrequente Komponente in dem von der Primärspule 131 empfangenen Nachweissignal von dem Detektor 123 enthalten ist, wird das Ausgangssignal, aus dem die hochfrequente Komponente im Wesentlichen entfernt ist, an der Sekundärspule 132 erzeugt. Dementsprechend kann das Rauschen der Wirkung der Vibration des Hauptvibrationsmodus im Wesentlichen entfernt werden, wodurch ein Ausgangssignal mit verbessertem Signal-Rausch-Verhältnis erhalten wird.
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Durch Analysieren und Verarbeiten des Ausgangssignals, das sehr genau die Wirkung der Vibration des Hauptvibrationsmodus reflektiert, mit dem Signalprozessor 140 kann der Vibrationszustand des Taststiftes 121 mit hoher Genauigkeit erkannt werden.
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Ein solches Vibrationsnachweissystem 101 wird verwendet für eine Kontaktberührungstriggersonde wie zum Beispiel eine Koordinatenmessmaschine.
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Speziell werden, wenn der Taststift 121 vibriert wird mit einem Hauptvibrationsmodus entlang der Axialrichtung durch den Vibrator 122, das Werkstück und die Kontaktsonde 120 relativ verschoben. Wenn der Kontaktabschnitt 121A des Taststiftes 121 das Werkstück berührt, wird die Vibration des Taststiftes 121 beschränkt, und die Vibration des Hauptvibrationsmodus des Taststiftes wird gedämpft.
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Da die hochfrequente Komponente des Nachweissignals von dem Detektor 123 im Wesentlichen durch den Magnetkreis 130 entfernt wird, kann die Dämpfung der Vibration des Hauptvibrationsmodus durch den Signalprozessor 140 mit hoher Genauigkeit nachgewiesen werden. Durch Einstellen des Signalprozessors 140, ein Signal zu der Außenseite abzugeben, wenn die Vibration des Hauptvibrationsmodus auf einen vorbestimmten Pegel gedämpft ist, kann der Kontakt zwischen dem Taststift 121 und dem Werkstück sicher nachgewiesen werden, und der Messdruck durch die Koordinatenmessmaschine und dergleichen kann immer konstant gemach werden.
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Gemäß der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform können folgende Vorteile erhalten werden.
- Da in dem Vibrationsnachweissystem 101 das Nachweissignal von dem Detektor 123 empfangen wird durch die Primärspule 131 des Magnetkreises 130 und die Vibration des Taststiftes 121 nachgewiesen wird unter Verwendung des Ausgangssignals, das durch die Sekundärspule 132 durch gegenseitige Induktion erzeugt wird, kann die hochfrequente Komponente des Nachweissignals entsprechend dem Mehrfachvibrationsmodus als ein Rauschen im Wesentlichen entfernt werden. Dementsprechend kann die Funktion der externen Kraft (wie der Kontakt mit dem Werkstück), die auf den Taststift 121 ausgeübt wird, erkannt werden durch die Änderung in dem durch die Sekundärspule 132 erzeugten Ausgangssignal mit hoher Genauigkeit.
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Da ferner eine enge elektromagnetische Verbindung hergestellt wird zwischen der Primärspule 131 und der Sekundärspule 132 in dem Magnetkreis 130, wird Spannung an der Sekundärspule 132 erzeugt, wenn das Wechselstromsignal durch die Primärspule 131 läuft, und keine Spannung wird an der Sekundärspule 132 erzeugt, wenn ein Gleichstromsignal, das keine Veränderung im elektrische Strom hat, durch die Primärspule 131 läuft. Dementsprechend kann der Einfluss auf die Spannung, die durch die Sekundärspule 132 erzeugt wird, vermieden werden, selbst wenn statische Elektrizität erzeugt wird bei Kontakt des Taststiftes 121 mit dem Werkstück etc., da die statische Elektrizität Gleichstrom ist.
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(2) Da der Vibrator 122 und der Detektor 123 konstruiert sind durch Anbringen der zwei piezoelektrischen Elemente an dem Taststift 121, kann die Struktur des Vibrationsnachweissystems 101 vereinfacht werden und seine Herstellkosten können reduziert werden. Übrigens kann, obwohl das piezoelektrische Element an dem Taststift 121 über den Taststiftaufsatz 242 angebracht ist in der vorliegenden Ausführungsform; das piezoelektrische Element direkt an dem Taststift 121 angebracht werden, was in den Rahmen der vorliegenden Erfindung eingeschlossen ist.
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(3) Da die Windungsanzahl der Sekundärspule 132 mehr ist als die Windungsanzahl der Primärspule 131, kann die Amplitude des Ausgangssignals, das durch Erhöhen der Amplitude des von der Primärspule 131 empfangenen Nachweissignals verstärkt wird, an der Sekundärspule 132 erzeugt werden.
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[Sechste Ausführungsform]
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9 zeigt ein Vibrationsnachweissystem 102 gemäß der sechsten Ausführungsform der Erfindung. Die vorliegende Ausführungsform unterscheidet sich von der oben beschriebenen fünften Ausführungsform in der Anordnung des Detektors zum Nachweis der Vibration des Taststiftes, und der Rest der Anordnung und ihre Funktion sind gleich. Dementsprechend wird das gleiche Bezugszeichen an die gleiche Struktur und Anordnung angefügt, um ihre Beschreibung wegzulassen oder zu vereinfachen. Übrigens ist in der vorliegenden Ausführungsform die Darstellung eines Teiles der Vibrationsenergiequelle und der Kontaktsonde weggelassen.
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In 9 besteht der Detektor des Vibrationsnachweissystems 102 aus einer Laser-Dopplervorrichtung 150 als einem kontaktlosen Nachweiselementes, das um den Taststift 121 herum angeordnet ist.
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Die Laser-Dopplervorrichtung 150 nutzt den Dopplereffekt und das optische Überlagerungsverfahren, um die Vibrationfrequenz nachzuweisen, und gibt ein Nachweissignal ab an die Primärspule (nicht gezeigt) des Magnetkreises 130 entsprechend der nachgewiesenen Vibrationsfrequenz.
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In dem so angeordneten Vibrationsnachweissystem 102 wird, wenn eine Vibration mit dem Hauptvibrationsmodus an den Taststift 121 angelegt wird, der Taststift 121 vibriert mit einem Mehrfachvibrationsmodus einschließlich einer hochfrequenten Komponente, die durch ihre Konfiguration etc. beeinflusst wird. Die Vibration des Taststiftes 121 wird nachgewiesen durch die Laser-Dopplervorrichtung 150, um ein Nachweissignal abzugeben entsprechend der Vibration der Primärspule des Magnetkreises 130. Da in dem Magnetkreis 130 die hochfrequente Komponente des Nachweissignals von dem Detektor 123 im Wesentlichen entfernt ist, kann der Signalprozessor 140 die Vibration des Hauptvibrationsmodus mit hoher Genauigkeit nachweisen.
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Gemäß der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform können die folgenden Vorteile sowie die Vorteile (1) und (2) der fünften Ausführungsform erhalten werden.
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(4) Da der Detektor durch die Laser-Dopplervorrichtung 150 konstruiert ist, kann der Einfluss auf die Vibration des Taststiftes 121 auf Grund des Kontaktes zwischen dem Taststift 121 und dem Detektor eliminiert werden, wodurch die Vibration des Taststiftes 121 mit hoher Genauigkeit nachgewiesen wird.
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[Modifikation der fünften und der sechsten Ausführungsform]
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Obwohl die Laser-Dopplervorrichtung 150 verwendet wird als ein kontaktloses Nachweiselement, das den Detektor bildet in der sechsten Ausführungsform, kann ein Lichtleitfaser-Verschiebungsmesser zum Nachweis der Vibrationsfrequenz verwendet werden durch Ausstrahlen von Licht, das von einer Lichtleitfaser ausgestrahlt wird, auf den Taststift 121 und Nachweis der Information auf das reflektierte Licht und Ausgeben eines Nachweissignals entsprechend der nachgewiesenen Vibrationsfrequenz. Kurz gesagt kann irgendein Element verwendet werden, solange die Vibration des Taststiftes 121 auf kontaktlose Weise nachgewiesen werden kann.
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Obwohl der Detektor 123 aus einem piezoelektrischen Element konstruiert ist in der fünften Ausführungsform, kann der Detektor 123 konstruiert sein aus einem Dehnungsnachweis-element wie einem Dehnmessstreifen, der ein elektrisches Potential abgibt entsprechend der Dehnung eines Gegenstandes, welcher in den Rahmen der Erfindung eingeschlossen ist.
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Obwohl die Vibrationsnachweissysteme 101 und 102 verwendet werden für eine Koordinatenmessmaschine, kann das Vibrationsnachweissystem verwendet werden für verschiedene Messinstrumente wie einen Rauhtiefenmesser, eine Oberflächenstruktur-Messmaschine und eine Messmaschine für kleine Bohrungen, welche in den Rahmen der Erfindung eingeschlossen sind.
