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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Länge, der
Dicke oder ähnlicher
linearer Abmessungen eines Gegenstandes, insbesondere eine Schublehre.
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Bei
Längenmessungen
mit Handmeßmitteln wie
beispielsweise Schublehren, die auch als Schieblehren oder Meßschieber
bezeichnet werden, treten Ungenauigkeiten auf, und zwar sowohl hinsichtlich
des Meßwertes
in Bezug auf das tatsächliche
Maß selbst,
als auch hinsichtlich der Reproduzierbarkeit von Meßwerten
am selben Gegenstand, insbesondere bei Messung durch unterschiedliche Personen
und deren individuell aufgebrachte Kraft beim Betätigen der
Meßvorrichtung.
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Die
Ursache für
diese Ungenauigkeiten ist insbesondere die beim Anlegen der Meßmittel
an dem zu vermessenden Gegenstand, bei einer Schublehre insbesondere
der Meßschnäbel an dem zu
vermessenden Gegenstand, als Reaktio auftretende Kraft. Diese Reaktio
kann einerseits zu einer Verformung der Meßmittel führen, andererseits zu einer
Verkippung des Meßschlittens
gegenüber
dem Grundkörper
der Meßvorrichtung.
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Die
Verformung der Meßmittel
kann durch entsprechende konstruktive Versteifung weitgehend verhindert
werden. Die Verkippung ist demgegenüber schwieriger zu vermeiden,
insbesondere bei Meßvorrichtungen,
bei denen die manuell eingeleitete Kraft und die Reaktio zu einem
resultierenden Drehmoment auf den Schlitten führen.
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Aus
der
JP 09049722 A ist
eine Schublehre bekannt, bei welcher der durch eine Verkippung des Schlittens
entstehende Meßfehler
durch Berechnung des Kippwinkels erfasst wird, und so vor Ausgabe des
Messwertes eine softwaremäßige Fehlerkorrektur
erfolgen kann. Für
die Berechnung des Kippwinkels werden die Ausgangssignale von zwei
Längensensoren
verwendet, die auf dem Schlitten angeordnet sind.
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Der
Erfindung liegt das Problem zugrunde eine Vorrichtung bereitzustellen,
insbesondere eine Schublehre, welche die Nachteile des Standes der Technik überwindet
und insbesondere eine möglichst genaue
Messung gewährleistet
und dennoch einfach zu bedienen und robust ist.
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Das
Problem ist durch die in den unabhängigen Ansprüchen bestimmte
Vorrichtung gelöst.
Besondere Ausführungsarten
der Erfindung sind in den Unteransprüchen bestimmt.
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Das
Problem ist bei einer Vorrichtung zum Messen der Länge, der
Dicke oder ähnlicher
linearer Abmessungen eines Gegenstandes, insbesondere bei einer
Schublehre, mit einem einen ersten Meßschnabel aufweisenden Grundkörper, an
dem ein Schlitten mittels einer Längsführung bewegbar ist, der einen
zweiten Meßschnabel
aufweist, wobei im unbelasteten Zustand die beiden Meßschnäbel in vorgebbarer
Weise, insbesondere parallel, zueinander ausgerichtet sind, dadurch
gelöst,
daß die
Vorrichtung eine Ausrichteinrichtung aufweist, mittels der nach
der Anlage der beiden Meßschnäbel an dem
zu vermessenden Gegenstand der Schlitten gegenüber dem Grundkörper derart
ausrichtbar ist, daß eine
das Meßergebnis
verfälschende
Verkippung des Schlittens gegenüber
dem Grundkörper
aufgrund der Reaktio des zu vermessenden Gegenstandes auf den zweiten
Meßschnabel
mindestens teilweise rückstellbar
ist.
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In
einer besonderen Ausführungsart
der Erfindung werden für
die Ausrichteinrichtung wenigstens Teile der vorhandenen Längsführung verwendet.
So kann beispielsweise eine beim In-Anlage-Bringen auftretende Verkippung
und eine damit verbundene Erhöhung
des Spiels der Längsführung durch
die Ausrichteinrichtung reduzierbar oder sogar vollständig rückstellbar
sein. Üblich
sind Längsführungen,
bei denen mindestens ein Teil der Führungselemente federkraftbelastet
an beispielsweise einer Führungsstange
oder einer Führungsnut
gehalten wird, allgemein an einem Führungselement. Die Werkstoffe
der miteinander korrespondierenden Führungselemente werden so ausgewählt, daß sich geringe
Gleitreibungskoeffizienten und insbesondere ein geringer Unterschied
zwischen dem Gleitreibungskoeffizienten und dem Haftreibungskoeffizienten
ergibt. Dadurch ist die Vorrichtung einfach zu bedienen und es werden
Hysterese-Erscheinungen bei den ermittelten Messwerten vermieden.
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In
einer besonderen Ausführungsart
der Erfindung ist die Ausrichteinrichtung ohne besonderes Betätigen einer
separaten Betätigungselementes, sondern
einfach durch gegenüber
dem In-Anlage-Bringen
der beiden Meßschenkel
an dem zu vermessenden Gegenstand erhöhten Kraftaufwand betätigbar.
Dieses Betätigen
kann auch erst nach Überschreiten
einer vorgebbaren Kraftschwelle erfolgen, so daß das Betätigen jedenfalls taktil signalisierbar ist.
Zusätzlich
oder alternativ kann das Betätigen
der Ausrichteinrichtung auch akustisch und/oder optisch signalisierbar
sein. Weiterhin kann das Betätigen
der Ausrichteinrichtung einen Triggerimpuls an die in der Regel
elektronische Meßeinrichtung
der Vorrichtung geben, um dieser zu signalisieren, daß die unmittelbar
oder nach einer vorgebbaren Zeitverzögerung nach dem Betätigen der
Ausrichteinrichtung ermittelten Meßwerte gültig sind.
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In
einer besonderen Ausführungsart
der Erfindung weist die Ausrichteinrichtung ein vorzugsweise symmetrisches
Scherengelenk auf, dessen Hebel Führungselemente der Führungseinrichtung
tragen. Die Führungselemente
sind vorzugsweise nahe oder sogar an dem von der Gelenkachse beabstandeten Ende
des Hebels angeordnet. Vorzugsweise tragen mindestens zwei einander
zugeordnete Hebel derartige Führungselemente,
welche die Führungsstange beim
Betätigen
der Ausrichteinrichtung zangenartig fassen. Das Scherengelenk ist
vorzugsweise im Schlitten angeordnet. Vorzugsweise weist das Scherengelenk
zwei Doppelarmhebel auf, die um eine insbesondere zentrische Gelenkachse
schwenkbar sind. Ein Doppelarmhebel ist dabei fest an dem Schlitten
oder an dem Grundkörper
festgelegt, so daß sich
beim Betätigen
der Ausrichteinrichtung im wesentlichen der zweite Doppelarmhebel
auslenkt.
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In
einer weiteren besonderen Ausführungsart
der Erfindung weist die Vorrichtung eine erste Längsführung auf, die beim In-Anlage-Bringen
der beiden Meßschnäbel an dem
zu vermessenden Gegenstand aktiv ist und beispielsweise den aus
dem Stand der Technik bekannten Längsführungen entspricht. Daneben
weist die Vorrichtung eine zweite Längsführung auf, die von der Ausrichteinrichtung aktivierbar
ist und beim Meßvorgang
aktiv ist. Vorzugsweise wird beim Betätigen der Ausrichteinrichtung
die erste Längsführung deaktiviert,
oder jedenfalls teilweise außer
Funktion gesetzt.
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Die
zweite Längsführung ist
vorzugsweise im Schlitten angeordnet und weist ein Anlageelement sowie
ein Stellelement auf. Mittels dem Stellelement ist das Anlageelement
beim Betätigen
der Ausrichteinrichtung in Anlage an ein Führungselement des Grundkörpers bringbar.
Dadurch ist die Verkippung des Schlittens gegenüber dem Grundkörper mindestens
teilweise rückstellbar.
Vorzugsweise ist das Stellelement von dem Betätigungselement betätigbar, daß auch für das In-Anlage-Bringen
der beiden Meßschnäbel betätigt wird.
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In
einer besonderen Ausführungsart
der Erfindung trägt
der Grundkörper
die Maßverkörperung, insbesondere
einen elektronisch auswertbaren Präzisionsmaßstab. Vorzugsweise weist der
Schlitten eine Auswerteeinrichtung zur Ermittlung des Meßwertes
auf. Die Auswerteeinrichtung kann die Maßverkörperung optisch, kapazitiv,
induktiv oder dergleichen auswerten. Vorzugsweise weist der Schlitten eine
Anzeigeeinrichtung für
den Meßwert
auf, insbesondere ein einzeiliges oder mehrzeiliges Flüssigkeitskristall-Display.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen
sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf
die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel
im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und
in der Beschreibung erwähnten
Merkmale jeweils einzeln für
sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
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1 zeigt eine gattungsgemäße Vorrichtung,
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2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der
Vorrichtung der 1 im
Bereich der beiden Meßschnäbel,
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3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt eines
Querschnittes durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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4 zeigt einen Querschnitt
entlang der Linie A-A der 3,
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5 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der
Vorrichtung der 3, und
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6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Die 1 zeigt eine gattungsgemäße Vorrichtung 1 zur
Messung der Länge,
der Dicke oder ähnlicher
linearer Abmessungen eines Gegenstandes 2, insbesondere
eine Schublehre. Die Vorrichtung 1 weist einen, einen ersten
Meßschnabel 3 aufweisenden
Grundkörper 4 auf,
an dem ein Schlitten 6 mittels einer in der 1 nicht sichtbaren Längsführung bewegbar
ist. Der Schlitten 6 weist einen zweiten Meßschnabel 5 auf,
wobei im unbelasteten Zustand die beiden Meßschnäbel 3, 5 in
vorgebbarer Weise zueinander ausgerichtet sind, im dargestellten Ausführungsbeispiel
parallel zueinander ausgerichtet sind.
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Die 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt
der Vorrichtung 1 der 1 im
Bereich der beiden Meßschnäbel 3, 5.
Beim In-Anlage-Bringen der beiden Meßschnäbel 3, 5 an
dem zu vermessenden Gegenstand 2, im dargestellten Ausführungsbeispiel
ein kreiszylindrischer Stift, dessen Außendurchmesser gemessen werden
soll, kommt es zu Meßungenauigkeiten
aufgrund von verschiedenen Effekten. Einerseits kann es zu einer
Verformung der Meßschnäbel 3, 5 kommen,
wie dies in der 2 schematisch
durch die Kontur 3' des
ersten Meßschnabels 3 bzw.
durch die Kontur 5' des
zweiten Meßschnabels 5 dargestellt
ist. Diese Verformung kann durch konstruktive und/oder werkstoffmäßige Versteifung
der Meßschnäbel 3, 5 weitgehend
verhindert werden.
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Eine
weitere Ursache für
Meßungenauigkeiten
ist ein Verkippen des Schlittens 6, was in der 2 strichpunktiert mit der
Kontur 6' angedeutet ist. Da
der erste Meßschnabel 3 starr
mit dem Grundkörper 4 verbunden
ist oder sogar einstückig
mit diesem ausgebildet ist, führt
das Verkippen des Schlittens 6 insbesondere zu einem Verkippen
des zweiten Meßschnabels 5,
was in der 2 gestrichelt
mit der Kontur 5'' angedeutet
ist. Der Schlitten 6 ist mittels einer Betätigungsnase 10 entlang
dem Grundkörper 4 verschiebbar.
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Die 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt
eines Querschnittes durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 101.
An dem Schlitten 106 ist der zweite Meßschnabel 105 starr
festgelegt oder sogar einstückig
mit einem Grundelement des Schlittens 106 ausgebildet. Der
Schlitten 106 ist mittels eines Betätigungselements 110 entlang
einer Führungsstange 111 des Grundkörpers 104 in
Horizontalrichtung verschiebbar.
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Die
Längsführung 112,
die im dargestellten ersten Ausführungsbeispiel
auch Teil der Ausrichteinrichtung 113 ist, weist ein symmetrisches
Scherengelenk mit zwei Doppelarmhebeln 114, 115 auf,
die um eine gemeinsame Gelenkachse 116 schwenkbar sind.
Jeder Doppelarmhebel 114, 115 weist an seinem
von der Gelenkachse 116 entfernten Ende jeweils ein Führungselement 117 auf,
das in Anlage an der Führungsstange 111 des
Grundkörpers 104 gehalten
ist. Hierzu ist der erste Doppelarmhebel 114 mittels eines
kraftspeichernden Elements 118, insbesondere einer Schenkel- oder Blattfeder,
an dem Schlitten 106 abgestützt.
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Der
zweite Doppelarmhebel 115 ist an seinem axial dem zweiten
Meßschnabel 105 zugewandtem
Ende 119 derart in eine zugehörige Aufnahme 120 im
Schlitten 106 eingesetzt, daß dadurch einem Verkippen des
Schlittens 106 gegenüber
dem Grundkörper 104 bereits
eine erste Grenze gesetzt ist. Das in Bezug auf die Führungsstange 111 gegenüberliegende
Ende 121 des ersten Doppelarmhebels 114 ist ebenfalls
in eine zugehörige
Aufnahme 122 des Schlittens 116 eingesteckt, allerdings
mit einer verhältnismäßig losen
Passung, die ein gewisses Bewegungsspiel erlaubt. Das am gegenüberliegenden Ende
auf den ersten Doppelarmhebel 114 einwirkende kraftspeichernde
Element 118 hält
auch das Führungselement 117 am
Ende 121 des ersten Doppelarmhebels 114 in Anlage
an der Führungsstange 111.
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Kommt
es nun beim In-Anlage-Bringen des zweiten Meßschnabels 105 an
den zu vermessenden Gegenstand zu einem Verkippen des Schlittens 106 gegenüber dem
Grundkörper 104 bzw.
der Führungsstange 111,
im dargestellten Ausführungsbeispiel
entgegen dem Uhrzeigersinn, kann dieses Verkippen durch Verschieben
der Betätigungsstange 122 in
Richtung auf den zweiten Meßschnabel 105 rückgestellt
werden. So kann das Betätigungselement 110,
das beim In-Anlage-Bringen mit dem Schlitten 106 durch
Form- oder Kraftschluß oder durch
eine lösbare
Verrastung gekoppelt ist, beispielsweise geschwenkt werden, so daß die Bewegungskopplung
mit dem Schlitten 106 aufgehoben ist.
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Bei
einem weiteren Betätigen
des Betätigungselements 110 wirkt
die Betätigungsstange 122 mit
ihrem stirnseitigen vorderen Ende auf ein weiteres kraftspeicherndes
Element 123 ein, im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Schenkelfeder.
Diese wird dadurch gestreckt und wirkt auf das Ende 121 des
ersten Doppelarmhebels 114 derart ein, daß das zugehörige Führungselement 117 in
Anlage an die Führungsstange 111 gedrückt wird
und dadurch die Kippbewegung mindestens teilweise rückgestellt wird.
Das schwenkende Betätigen
des Betätigungselements 110 und/oder
das Verformen des weiteren kraftspeichernden Elements 123 kann
dabei taktil, optisch, akustisch und/oder elektrisch signalisiert werden.
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Die 4 zeigt einen Querschnitt
entlang der Linie A-A der 3.
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Die
Betätigungsstange 122 ist
im wesentlichen rechteckförmig
und weist eine Führungsnut 124 auf,
durch welche die Linearbewegung der Betätigungsstange 122 an
einem zugehörigen
Führungssteg 125 des
Schlittens 106 geführt
ist.
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Die 5 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt
der Vorrichtung der 3 im
Bereich des Betätigungselements 110.
Durch Krafteinwirkung entsprechend dem Kraftpfeil 126 wird
das Betätigungselement
gegen die Kraft der Druckfeder 127 um die Drehachse 128 gedreht
und der Anschlag 129 wird außer Eingriff mit dem Grundkörper des
Schlittens 106 gebracht. Daraufhin verschiebt sich die
Betätigungsstange 122 zusammen
mit dem daran angelenkten Betätigungselement 110 in
Richtung auf das weitere kraftspeichernde Element 123 der
Ausrichteinrichtung 113 und betätigt diese.
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Die 6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 201. Auch
im zweiten Ausführungsbeispiel
ist der Schlitten 206 an einer fest mit dem Grundkörper 204 oder sogar
einstückig
von diesem ausgebildeten Führungsstange 211 in
Längsrichtung
geführt.
Eine aus den ersten Führungselementen 231 gebildete
erste Längsführung ist
beim In-Anlage-Bringen der beiden Meßschnäbel 203, 205 an
dem zu vermessenden Gegenstand 202 aktiv. Das Verschieben
erfolgt dabei vorzugsweise durch mäßige Krafteinwirkung auf das Betätigungselement 210 in
Horizontalrichtung entsprechend dem Kraftpfeil 232.
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Sobald
die Anlageposition erreicht ist und es aufgrund der auftretenden
Drehmomente zu einem Verkippen des Schlittens 206 gegenüber dem
Grundkörper 204 kommt,
wird durch erhöhten
Kraftaufwand an dem Betätigungselement 210 in
Kraftrichtung 232 eine Art Kniehebel 233 betätigt, der
sich daraufhin streckt und das Stellelement 234 in Anlage
an die Führungsstange 211 drückt. Dadurch
wird eine Kraft in Normalrichtung auf die oberen ersten Führungselemente 231 ausgeübt, die
in einem Auflager 235 aus einem elastisch verformbaren
Werkstoff eingebettet sind.
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Durch
die Krafteinwirkung mittels des Stellelements 234 werden
die ersten Führungselemente 231 in
das Auflager 235 so weit eingedrückt, bis das zusammen mit dem
Stellelement 234 eine zweite Längsführung bildende Anlageelement 236 in
Anlage an die Führungsstange 211 kommt.
Dadurch kommt es zu einer Rückstellung
der Verkippung und zu einer Parallelausrichtung der beiden Meßschnäbel 203, 205.
Anstelle einer flächigen
Auflage des Anlageelements 326 kann auch eine linienförmige oder
punktförmige
Auflage realisiert werden, insbesondere eine Dreipunktauflage. Die
Distanzelemente 237 verhindern, daß sich die Verformung des Auflagers 235 in unzulässiger Weise
auf die Position des Anlageelements 236 auswirkt. Vorzugsweise
stützt
sich das Anlageelement 236 über die Distanzelemente 237 in einer
starren Gehäuseoberschale 238 ab.
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Das
Stellelement 234 ist innerhalb des Schlittens 206 gegen
die Rückstellwirkung
eines weiteren Kraftspeichers 239 verschiebbar gelagert. Letztlich
realisiert das zweite Ausführungsbeispiel durch
das Stellelement 234 und das Anlageelement 236 eine
zweite Längsführung, auf
die nach dem In-Anlage-Bringen der beiden Meßschnäbel 203, 205 an
den zu vermessenden Gegenstand 202 umgeschaltet werden
kann.
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Die
Umschaltung erfolgt im dargestellten Ausführungsbeispiel durch manuelle
Betätigung
des Betätigungselements 210,
kann alternativ hierzu aber ebenso elektrisch, hydraulisch, pneumatisch, elektromagnetisch,
piezoelektrisch oder auf sonstige Weise erfolgen. Da nach dem In-Anlage-Bringen keine großen Verschiebungen
des Schlittens 206 gegenüber dem Grundkörper 204 mehr
erforderlich sind, kann als zweite Führung auch eine einfache Lenkerführung vorgesehen
sein. Das Aktivieren der zweiten Führung kann taktil, akustisch,
optisch oder dgl. signalisiert werden. Anstelle des in der 6 dargestellten Kniehebels 233 kann
auch beispielsweise ein entsprechender Exzenter, eine vorgespannte
Feder, oder dergleichen eingesetzt werden, um das Stellelement 234 zu
betätigen.
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Bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird die Betätigungskraft
durch die Ausrichteinrichtung teilweise umgeleitet, und dadurch
tritt nicht die volle Betätigungskraft
als Meßkraft
auf. Dadurch ist nicht nur die Verformung des zu vermessenden Gegenstandes,
sondern auch die Verformung der Vorrichtung reduziert, insbesondere
der Meßschnäbel, und damit
sind die zugehörigen
Fehlerursachen für
eine Meßwertverfälschung
reduziert oder sogar eliminiert. Der umgeleitete Teil der Betätigungskraft
wird mittels der Ausrichteinrichtung insbesondere dazu verwendet,
die Führung
zu verengen, so daß für die Bewegung
des Schlittens eine größere Kraft
aufgebracht werden muß.