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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Länge, der
Dicke oder ähnlicher
linearer Abmessungen eines Gegenstandes, insbesondere eine Schub-
oder Schraublehre mit einem schwimmenden Meßsystem.
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Bei
Längenmessungen
mit Handmeßmitteln wie
beispielsweise Schub- oder Schraublehren, die auch als Schieblehren
oder Meßschieber
bzw. Mikrometerschrauben 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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Gattungsgemäße Vorrichtungen
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 sind beispielsweise aus dem Produktkatalog der Anmelderin
HELIOS: MESSTECHNIK Katalog 2001/2002 bekannt.
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Aus
der
DE 29 48 712 A1 ist
bekannt, bei Längenmeßgeräten ein
Antastelement einzusetzen und innerhalb eines verfahrbaren Schlittens
federkraftbelastet verschiebbar zu lagern, um dadurch die Meßkraft zu
begrenzen. Dadurch ist allerdings auch die Anlagekraft an dem zu
vermessenden Gegenstand begrenzt.
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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
Schub- oder Schraublehre, mit einer Meßeinrichtung und mit einem
Ausrichtelement, das gegenüber
einem Grundkörper
der Vorrichtung bewegbar ist zum Anlegen an den zu vermessenden
Gegenstand und erforderlichenfalls auch zum Ausrichten der Vorrichtung
in Bezug auf den zu vermessenden Gegenstand oder umgekehrt, dadurch
gelöst, daß die Vorrichtung
weiterhin ein vom Ausrichtelement gesondertes Antastelement aufweist
zum Antasten an den zu vermessenden Gegenstand, daß das Antastelement
mit der Meßeinrichtung
verbunden ist, und daß das
Antastelement mittels einer Schleppeinrichtung mit dem Ausrichtelement
bewegungsgekoppelt ist, aber gegenüber dem Ausrichtelement in
vorgegebenen Grenzen beweglich gelagert ist.
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Durch
die erfindungsgemäße Vorrichtung
ist die Meßkraft,
mit der das Antastelement gegen den zu vermessenden Gegenstand drückt, unabhängig von
der Kraft, mit der das Ausrichtelement auf den zu vermessenden Gegenstand
drückt.
Dadurch ist es möglich,
mit dem Ausrichtelement eine verhältnismäßig hohe Kraft auf den Gegenstand
auszuüben,
um diesen erforderlichenfalls in Bezug auf die Vorrichtung auszurichten.
Sollte der zu vermessende Gegenstand fest montiert sein, kann durch
die auf das Ausrichtelement ausgeübte verhältnismäßig hohe Kraft auch die Vorrichtung
in Bezug auf den zu vermessenden Gegenstand ausgerichtet werden,
dies gilt insbesondere für
Handmeßmittel.
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Sollte
es aufgrund der verhältnismäßig hohen
Kraft zu einer Verformung des Ausrichtelements, zu einem Verkippen
des Ausrichtelements in Bezug auf den Grundkörper und/oder zu einer Verformung des
zu vermessenden Gegenstandes kommen, beispielsweise aufgrund der
Hertz'schen Flächenpressung,
so bleibt das Antastelement hiervon aufgrund der beweglichen Lagerung
gegenüber
dem Ausrichtelement unbeeinflußt
und kann exakt die Abmessung des Gegenstandes ermitteln.
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Verwendet
man demgegenüber
das bekannte Antastelement, dessen Meßkraft durch eine verschiebbare
Lagerung in einem verfahrbaren Schlitten begrenzt ist, so reicht
häufig
diese Meßkraft
nicht aus, um die erforderliche definierte Anlage des Antastelements
an dem zu vermessenen Gegenstandes zu gewährleisten. Entsprechend reicht
bei einer solchen Meßeinrichtung
die von dem Antastelement aufgebrachte Kraft nicht für die in
vielen Fällen
erforderliche Ausrichtung der Meßvorrichtung in Bezug auf den
zu vermessenden Gegenstand aus, so daß hier eine weitere Fehlerquelle
gegeben ist.
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Das
Antastelement kann punktförmig,
linienförmig
oder flächig
sein. Es kann eine Spitze aufweisen, eine Kante oder eine vorgebbare
Krümmung. Bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
kann es sich beispielsweise um eine Schublehre, eine Schraublehre
oder um ein Innenmeßgerät für Bohrungen
handeln.
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In
einer besonderen Ausführungsart
der Erfindung weist das Antastelement eine von dem Ausrichtelement
unabhängige
Führung
auf. Beispielsweise kann sowohl das Ausrichtelement als auch das Antastelement
an einer vorzugsweise gemeinsamen Führungsschiene des Grundkörpers der
Vorrichtung geführt
sein. Durch die unabhängige
Führung
des Antastelements bleibt dieses von einer aufgrund einer verhältnismäßig hohen
Ausrichtkraft hervorgerufenen Verkippung des Ausrichtelements gegenüber der
Führung
unbeeinflußt
und die diesbezügliche Fehlerquelle
für den
Meßwert
ist ausgeschaltet.
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Entsprechendes
gilt für
eine eventuell auftretende Verformung des Ausrichtelements, beispielsweise
des Meßschnabels
einer Schublehre. Bei einem ausreichenden Abstand der Position der
Anlage des Antastelements von der Position der Anlage des Ausrichtelements
hat selbst eine Verformung des zu vermessenden Gegenstandes aufgrund
der hohen Anpresskraft des Ausrichtelements keinen verfälschenden
Einfluß auf
das Meßergebnis.
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Die
unabhängige
Führung
des Antastelements hält
dieses in einer vorgebbaren Winkelausrichtung in Bezug auf den Grundkörper der
Vorrichtung, beispielsweise in Bezug auf einem von dem Grundkörper einstückig ausgebildeten
oder fest mit dem Grundkörper
verbundenen zweiten Meßschnabel
oder einer zweiten Meßfläche der
Vorrichtung, die insbesondere auf der, dem Antastelement gegenüberliegenden
Seite des zu vermessenden Gegenstandes an diesen in Anlage gebracht
wird. Eine Verkippung des Ausrichtelements gegenüber dem Grundkörper aufgrund
einer hohen Ausrichtkraft bleibt somit ohne Einfluß auf die
Ausrichtung des Antastelements.
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In
einer besonderen Ausführungsart
der Erfindung ist das Antastelement mittels mindestens eines kraftspeichernden
Elements in Bezug auf das Ausrichtelement in einer Ausgangsposition
gehalten, aus der es beim Antasten gegen die Wirkung des kraftspeichernden
Elements auslenkbar ist. Die Auslenkung des Antastelements gegenüber dem
Ausrichtelement kann dabei in einem Verschieben, Verschwenken, in
einer kombinierten Bewegung oder dergleichen erfolgen. Vorzugsweise
weist die Schleppeinrichtung ebenfalls mindestens ein kraftspeicherndes
Element auf, mittels dem das Antastelement mit dem Ausrichtelement bewegungsgekoppelt
ist. Vorzugsweise wird mindestens ein Teil der kraftspeichernden
Elemente der Schleppeinrichtung auch für die Ausrichtung des Antastelements
in Bezug auf das Ausrichtelement eingesetzt.
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In
einer besonderen Ausführungsart
der Erfindung ist das Antastelement in dem Ausrichtelement eingebettet,
vorzugsweise allseitig von dem Ausrichtelement umgeben. Beispielsweise
kann das Ausrichtelement flächig
ausgebildet sein, insbesondere durch den Meßschnabel einer Schublehre.
Innerhalb des Ausrichtelements kann das Antastelement zungenartig
angeordnet sein. Vorzugsweise steht das Antastelement im Ausgangszustand
der Vorrichtung geringfügig
gegenüber
einer benachbarten oder umgebenden Fläche des Ausrichtelements in
Richtung auf den zu vermessenden Gegenstand vor. Beim Antasten an
den zu vermessenden Gegenstand wird dann das Antastelement auf die
Höhe der angrenzenden
Fläche
des Ausrichtelements zurückgedrückt, die
in Anlage an dem zu vermessenden Gegenstand ist.
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In
einer besonderen Ausführungsart
ist das Antastelement, das Ausrichtelement und die Meßeinrichtung
auf einem gegenüber
dem Grundkörper
verschiebbaren Schlitten angeordnet, der auch die Führungselemente
des Antastelements und des Ausrichtelements umfassen kann. Der Schlitten
weist vorzugsweise eine Anzeigeeinrichtung für den Meßwert auf, beispielsweise einen
Nonius, eine Meßuhr
oder ein Flüssigkristalldisplay.
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In
einer besonderen Ausführungsart
weist der Grundkörper
ein für
das Antastelement und das Ausrichtelement gemeinsames Führungselement auf,
beispielsweise eine Führungsschiene.
Das Führungselement
für das Antastelement
weist vorzugsweise eine Maßverkörperung
für die
Meßeinrichtung auf,
beispielsweise einen optisch, kapazitiv, induktiv oder dergleichen
auslesbaren Präzisionsmaßstab. Die
Meßeinrichtung
weist vorzugsweise elektronische Rechenmittel auf, mit einer elektrisch
angesteuerten analogen oder digitalen Meßwertanzeige.
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In
einer besonderen Ausführungsart
der Erfindung ist die Vorrichtung manuell betätigbar, insbesondere handelt
es sich bei der Vorrichtung um ein Handmeßmittel.
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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 Zeichnungen 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 in schematischer
Darstellung eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
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4 zeigt die Vorrichtung
der 3 für den Fall,
daß der
zu vermessende Gegenstand nahe den freien Enden des ersten Meßschnabels
angeordnet ist,
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5 zeigt die Vorrichtung
der 3 für den Fall,
daß der
zu vermessende Gegenstand fern den freien Enden des ersten Meßschnabels
angeordnet ist,
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6 zeigt in detailreicherer
Darstellung einen vergrößerten Ausschnitt
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
der 3 im Ausgangszustand,
teilweise in der Draufsicht und teilweise im Schnitt,
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7 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung
der 6, nun aber im Zustand
einer Verkippung des Ausrichtelements gegenüber dem Grundkörper, und
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8 zeigt eine Draufsicht
gemäß VIII in 7 auf die den zweiten Meßschnabel
bildende Kombination aus Ausrichtelement und Antastelement.
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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 in schematischer
Darstellung eine erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Messen der Länge,
der Dicke oder ähnlicher
linearer Abmessungen eines Gegenstandes 2 mit einer Meßeinrichtung 13 und
einem Ausrichtelement 14, das gegenüber einem Grundkörper 4 der
Vorrichtung 1 bewegbar ist zum Anlegen an den zu vermessenden
Gegenstand 2 und erforderlichenfalls auch zum Ausrichten
der Vorrichtung 1 in Bezug auf den zu vermessenden Gegenstand 2 oder
umgekehrt.
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Insbesondere
zeigt die 3 schematisch eine
Schublehre, bei der das Ausrichtelement 14 als verschiebbarer
Meßschnabel
ausgebildet ist, entsprechend dem zweiten Meßschnabel 5 der 1. Ein erster Meßschnabel 3 ist
einstückig
von dem Grundkörper 4 ausgebildet
oder fest an diesem montiert.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung 1 weist weiterhin
ein vom Ausrichtelement 14 gesondertes Antastelement 16 auf,
zum Antasten an den zu vermessenden Gegenstand 2, wobei
das Antastelement 16 mit der Meßeinrichtung 13 verbunden
ist, insbesondere ist die Meßeinrichtung 13 fest
an dem Antastelement 16 montiert. Die Meßeinrichtung 13 ermittelt anhand
bei einer an dem Grundkörper 4 festgelegten Maßverkörperung 8 den
Meßwert.
Die Betätigungskraft
wird entsprechend dem Kraftpfeil 9 an dem Betätigungselement 10 in
das Ausrichtelement 14 eingeleitet. Der erste Meßschnabel 3,
das Ausrichtelement 14 und das Antastelement 16 sind
in der in der 3 dargestellten
Ausgangsstellung parallel zueinander ausgerichtet.
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Die 4 zeigt weiterhin schematisch
die Vorrichtung 1 der 3 für den Fall,
daß der
zu vermessende Gegenstand 2 nahe den freien Enden des erster
Meßschnabels 3 und
des Ausrichtelements 14 angeordnet ist.
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Bei
entsprechend hoher Betätigungskraft kommt
es aufgrund des resultierenden Drehmoments zu einem Verkippen des
Ausrichtelements 4 gegen den Uhrzeigersinn. Dieses Verkippen
hätte bei einer
Schublehre nach dem Stand der Technik, bei der das Meßsystem 3 an
dem Ausrichtelement 14 angeordnet ist, einen Meßfehler
zur Folge.
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Dadurch,
daß erfindungsgemäß das Antastelement 16 zwar
mit dem Ausrichtelement 14 mittels einer Schleppeinrichtung 12 bewegungsgekoppelt ist,
aber gegenüber
dem Ausrichtelement 14 in vorgebbaren Grenzen beweglich
ist, und insbesondere eine vom Ausrichtelement 14 unabhängige Führung an
dem Grundkörper 3 aufweist
und demzufolge nicht verkippt, wird die Abmessung des Gegenstandes 2 exakt
ermittelt.
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Die 5 zeigt weiterhin schematisch
die Vorrichtung 1 der 3,
wobei diesmal der zu vermessende Gegenstand 2 fern von
den freien Enden des ersten Meßschnabels 3 bzw.
des Ausrichtelements 14 angeordnet ist. Aufgrund des resultierenden
Drehmomentes kommt es zu einer Verkippung des Ausrichtelements 14 im
Uhrzeigersinn, was nach dem Stand der Technik einen Meßfehler
zur Folge hätte.
Wiederum eliminiert die erfindungsgemäße Vorrichtung 1,
insbesondere das Anordnen des Meßsystems 3 an dem
Antastelement 16, den durch das Kippen des Ausrichtelements 14 verursachten
Meßfehler.
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Entsprechendes
gilt auch aufgrund des bei hohen Betätigungskräften auftretenden Verformens des
Ausrichtelements 14 bzw. des zweiten Meßschnabels 5 entsprechend
der 2. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist
das Antastelement 16 von der hohen Betätigungskraft entkoppelt und
es kommt aus diesem Grund beim Antastelement 16 zu keiner
Verformung und mithin auch zu keinem entsprechenden Meßfehler.
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Entsprechend
der Richtung der Betätigungskraft
gemäß Kraftpfeil 9 kommt
es aufgrund der in der 3 nur
schematisch angedeuteten Schleppeinrichtung 12 zwischen
Ausrichtelement 14 und Antastelement 16 zu einer
Bewegung dieser beiden Elemente entsprechend dem Doppelpfeil 11.
Vorzugsweise ist sowohl das Ausrichtelement 14 als auch das
Antastelement 16 an einem gemeinsamen, in der 3 nicht dargestellten Führungselement
des Grundkörpers 6 linear
beweglich geführt.
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Die 6 zeigt in detailreicherer
Darstellung einen vergrößerten Ausschnitt
der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 der 3 im Ausgangszustand, teilweise
in der Draufsicht und teilweise im Schnitt. Der Grundkörper 4 bildet
nicht nur einstückig
den ersten Meßschnabel 3 aus,
sondern zugleich auch eine langgestreckte Führungsschiene 17.
An der Führungsschiene 17 ist
sowohl das Ausrichtelement 14 mittels ersten Führungselementen 18 geführt, als auch
das Antastelement 16 mittels zweiten Führungselementen 19.
Die ersten und zweiten Führungselemente 18, 19 weisen
vorzugsweise federkraftbelastete Gleitstücke auf, beispielsweise aus
einem Polymerkunststoff, die mit der Führungsschiene 17 einen
geringen Haftreibungskoeffizienten aufweisen und insbesondere auch
einen geringen Unterschied zwischen dem Haftreibungskoeffizienten
und dem Gleitreibungskoeffizienten.
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In
das Antastelement 16 ist die Meßeinrichtung 13 integriert,
die mit der auf der Führungsschiene 17 festgelegten
Maßverkörperung 8 zusammenwirkt.
Hinsichtlich der durch den Doppelpfeil 11 gekennzeichneten
Bewegungsrichtungen in Folge einer auf das Ausrichtelement 14 einwirkenden
Betätigungskraft
ist das Antastelement 16 durch die insgesamt vier kraftspeichernden
Elemente 20 bewegungsgekoppelt. Insoweit realisieren diese
kraftspeichernden Elemente 20, die beispielsweise durch
Federelemente oder auch hydraulische oder pneumatische Elemente
realisiert sein können,
im dargestellten Ausführungsbeispiel
die Schleppeinrichtung 12.
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In
der dargestellten Ausgangsposition der Vorrichtung 1 steht
das Antastelement 16 gegenüber dem Ausrichtelement 14 in
Richtung auf den zu vermessenden Gegenstand 2 um den Überstand 21 vor. Bei
Anlage an den zu vermessenden Gegenstand 2 wird das Antastelement 16 entgegen
beispielsweise der als Druckfedern ausgebildeten kraftspeichernden Elemente 20,
die an der von dem zu vermessenden Gegenstand 2 fernliegenden
Seite des Antastelements 16 angeordnet sind, so weit zurück und in
das Ausrichtelement 14 hineingeschoben, bis der Überstand 21 zu
Null wird.
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Die 7 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 der 6, nun aber mit einer Verkippung des
Ausrichtelements 14 gegenüber dem Grundkörper 4 bzw.
der Führungsschiene 17 in
Folge der Betätigungskraft.
Demgegenüber
bleibt das Antastelement 16 korrekt parallel zum ersten
Meßschnabel 3 ausgerichtet,
da es über
die vom Ausrichtelement 14 unabhängige Führung mittels der zweiten Führungselemente 19 verfügt und von
der Verkippung des Ausrichtelements 14 entkoppelt ist.
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Das
Antastelement 16 fluchtet in der Ebene quer zur Bewegungsrichtung
gemäß dem Doppelpfeil 11 an
der Position 22 mit den das Antastelement 16 umgebenden
Flächen
des Ausrichtelements 14.
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Die 8 zeigt eine Draufsicht
auf die den zweiten Meßschnabel 5 bildende
Kombination aus Ausrichtelement 14 und Antastelement 16.
Dabei wird ersichtlich, daß das
Antastelement 16 quer zur Antastrichtung, die in Darstellung
der 8 senkrecht zur
Zeichenebene verläuft,
allseitig von dem Ausrichtelement 14 umgeben ist.