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Die Erfindung betrifft eine Meßfühleranordnung mit einem in einer
Meßmaschine nachführbar angeordneten Fühlergehäuse und einem im Fühlergehäuse entgegen
einer Rückstellkraft axial verschieblichen Taster, welcher mit einem axialen Meßsystem
verbunden ist.
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Bei modernen Meßmaschinen zum Abtasten sehr großer Modelle, wie beispielsweise
Schiffs-, Kraftfahrzeug- und Flugzeugteile, muß der Taster über sehr große Wege
verfahrbar sein, wobei wegen der geforderten Meßgenauigkeit die beweglichen Meßmaschinenteile
ein sehr großes Gewicht erhalten.
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Zum Nachführen der Meßfühleranordnung bedient man sich bei ~großen
Meßmaschinen besonderer Servoantriebe, die ra-tAden von der Meßfü#leranord: nung
erzeugten Signalen gesteuert werden. Bei allen bisher bekannten manuell geführten
Meßfühlern ist der Tastdruck unmittelbar, von der Handkraft abhängig, weil der Taster
unmittelbar mit 'der Hand erfaßt wird und das Nachführsystem auf Grund der großen
Massen relativ träge reagiert. So werden weiche Modelle, z. B. aus Ton oder Plastelin,
beim Abtasten und besonders beim Aufsetzen des Tasters leicht beschädigt. Auch harte
Modelle, z. B. aus Metall, erfordern ebenfalls eine sehr feinfühlige Tasterführung,
um den empfindlichen Taster mit seiner Lagerung nicht zu beschädigen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Meßfühleranordnung
der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine sehr feinfühlige Tasterführung
besitzt und auch bei großen Meßhüben mit einem konstant bleibenden-ffied'rigen Tastdruck
arbeitet, der unabhängig vom Handdruck ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Fühlergehäuse
aus zwei axial gegeneinander beweglichen, aber mit einer den Tastdruck übersteigenden
Kraft federnd in einer genau definierten Ruhelage gehaltenen rohrförmigen Gehäuseteilen
besteht, deren axiale Relativbewegungen von einem zwischen den beiden rohrförmigen
Gehäuseteilen angeordneten, allein de,r Nachführsteuerung dienen den zweiten axialen"'
e'ßsystem erfaßt wird, dessen Nullstellung mit der Ruhelage der Gehäuseteile übereinstimmt.
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Vorzugsweise wird die den Tastdruck definierende Rückstellkraft an
einer fest mit dem Taster verbundenen Kolbenfläche erzeugt, welche in einen koaxial
zum Taster angeordneten Druckluftzylinder eintaucht. Solche Taster arbeiten' mit
einem sehr kleinen Tastdruck und haben einen sehr großen Überlaufweg.
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Vorteilhaft sind ferner die beiden axialen Meßsysteme elektrisch
so zusammengeschaltet, daß das zweite axiale Meßsystem bei einem Meßsignal-Nulldurchgang
des ersten axialen Meßsystems abgeschaltet und bei Überschreiten eines ~vorgegebenen
Meßsignalbetrages eingeschaltet wird.
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Handelt es sich um eine Meßfühleranordnung zum dreidimensionalen
Messen, kann der Meßfühler in an sich bekannter Weise im Fühlergehäuse kardanisch
aufgehängt werden und mit einem Kreuzspulsystem zusammenarbeiten, das Meß- und Nachführsignale
für die anderen Koordinatenachsen erzeugt. Hierbei wird die -kardanische Aufhängung
des Meßfühlers mit Rückstellfedern axial ausgerichtet gehalten, deren Rückstellkraft
erheblich größer als der Tastdruck ist.
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Bei den beiden relativ beweglichen Fühlergehäuse.
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teilen handelt es sich vorzugsweise um teleskopartig
aufeinander reibungsarm
verschiebbare. Rohre. Der mit dem Meßfühler verbundene Gehäuseteil kann auch noch
mit einem Gewichtsausgleich versehen sein.
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Die erfindungsgemäße Meßfühleranordnung gestattet es, den Taster
selbst aus Geschwindigkeiten von 5 m/min und mehr auf alle weichen oder harten Modelle
aufzusetzen, ohne daß an den Modellen oder am Taster Beschädigungen auftreten. Der
luftgelagerte Taster mit seinem großen Meß- und Üb erl aufweg, mit seinem geringen
und konstant bleibenden Tastdruck; der unabhängig von der führenden Handkraft ist,
garantiert ein sanftes Aufsetzen.
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Durch die Anordnung von zwei axialen Meßsystemen braucht das Meßfühlergehäuse
weniger oft, d. h. nur dann nachgeführt zu werden, wenn der Meßhub z. B. mehr als
2,4 mm beträgt. Alle kleineren Meßhübe des Tasters werden allein von dem ersten
axialen Meßsystem des Meßfühlers berücksichtigt. Da erfindungsgemäß die großen beweglichen
Massen der Meßmaschine nicht so häufig bewegt werden müssen, ist es möglich, die
Tastgeschwindigkeit um einen Faktor von#.meh# als 10 zu, erhöhen. Sinngemäß gelten
die vorstehenden' Aüsführungen auch für radiale Meßwerte, die ebenfalls mit einem
zweifachen Meßsystem erfaßt werden können, wenn man das Meßfühlergehäuse-in einer
anderen Ausrichtung an dem nachzuführenden Meßma,schinenban'teil befestigt.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und der Zeichnung, in der als bevorzugte-Ausführungsform
-eine-Meßfühleranordnung in einem axialen Schnitt dargestellt ist.
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Die Zeichnung zeigt einen nur in seinen Umrissen dargestellten Meßfühler
1 mit einem zum manuellen Führen vorgesehenen Griffstück 2. Der Meßfühler 1 weist
einen axial verschieblichen stabförmigen Taster und einen mit dem Taster' verbundenen,
in ein Spulensystem tauchenden Ferritkern auf. Am Hinterende des Tasters ist eine
Kolbenfläche angeordnet, die in ~einen Druckluftzylinder eintaucht, um bei minimaler
'Reibung die erforderliche' Rückstellkraft zu erzeugen.
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Der Meßfühler 1 ist mit Lagern 3 in einem Ringkörper 4 verschwenkbar
gelagert. Der Ring 4 ist wiederum mit nicht näher dargestellten Lagern in dem rohrförmigen
Gehäuseteil 5 aufgehängt. Die Längsachse des Meßfühlers 1 und die Lagerachsen des
Ringkörpers 4 und des Gehäuseteiles 5 schneiden sich in einem gemeinsamen Schwenkpunkt
6. Zwei Paar Paar Rücksteller 7, von denen die Zeichnung nur ein Paar zeigt, drücken
den Meßfühler 1 in die Nullage, so daß sich die Meßfühlerachse mit der System achse
deckt. Die-Rücksteller-7-sind so dimensioniert, daß ein Vielfaches der Tastkraft
erforderlich ist, um den Meßfthiler 1 um den Punkt'6 zu schwenken.
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Die kardanische Aufhängung des Meßfühlers 1 ermöglicht eine Auslenkung
in den Querachsen, d. h.
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ein Schwenken um den Punkt 6. Hierdurch entsteht zunächst ein Überlaufweg
bei der Bewegung um die Querachsen. Außerdem werden durch die Verschwenkung in Verbindung
mit den kreuzweise angeordneten Steuerkurven 8 und 8' Signale erhalten, die eine
qualitative und quantitative Aussage über Richtung und Größe der Auslenkung geben.
Mit Hilfe dieser Signale kann man das Modell und auch den Meßfühler vor Kollisionen
in Querrichtung schützen, indem man die Meßmaschine mittels der Meßsignale veranlaßt,
die Hilfsantriebe zu stoppen und/oder die
Verfahrrichtung zu reversieren.
Die Auslenkungssignale werden an Meßspulen9 und 9' gewonnen, welche mit Ferritkernen
versehen sind, die von den Steuerkurven 8 und 8' relativ zu den Spulen bewegt werden.
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Außerdem kann man über ein geeignetes Steuer-und Regelsystem die
Meßmaschine veranlassen, ihre Meßsysteme immer auf Null auszusteuern, d. h. die
entsprechenden Achsen den Auslenkungen des Tasters nachzuführen, wobei die Größe
der Nachführgeschwindigkeit der Auslenkung proportional sein kann.
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Das bisher beschriebene Meßfühlersystem ist im wesentlichen bekannt
und weist die einleitend beschriebenen Nachteile auf.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Meßfühlergehäuse nicht mehr
einteilig ausgebildet, denn es besteht jetzt aus dem Rohr 5 und dem Rohr 10, in
dem das Rohr 5 mit Kugellagern 11 spielfrei, reibungsarm und verdrehsicher gelagert
ist. Der äußere Gehäuseteil, d. h. das Rohr 10 ist mit Hilfe der Aufnahmevorrichtung
12, die auch die elektrischen und pneumatischen, nicht näher dargestellten Anschlüsse
enthält, fest in der Meßmaschine montiert.
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Eine Feder 13 drückt das Rohr 5 über einen mit diesem verbundenen
Ring 14 gegen die Anlagefläche 15 einer Hülse 16, die von einer Feder 17 mit dem
an ihr befestigten Ring 18 gegen eine Anlagefläche 19 des Rohres 10 gedrückt wird.
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Die Federn 13 und 17 und die Hülse 16 mit den Anlageflächen an den
beiden Rohren 5 und 10 sorgen dafür, daß der Meßfühler 1 ständig in eine genau definierte
Ruhelage gedrückt wird. Wenn man den Meßfühler 1 am Griffstück 2 erfaßt und ihn
zusammen mit dem Rohr 5 in das Rohr 10 hineinschiebt oder herauszieht, wird die
Feder 17 bzw. die Feder 13 zusammengedrückt.
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Mit dem Rohr 5 ist eine einen Ferritkern 21 tragende Stange 20 fest
verbunden. Bei der Relativbewegung der beiden Rohre 5 und 10 wird der Ferritkern
21 in eine Meßspule 22 hineingeschoben, die fest mit dem Rohr 10 bzw. der Aufnahmevorrichtung
12 über einen rohrförmigen Ansatz 23 befestigt ist. Auf diese Weise entsteht in
der Meßspule 22 ein Signal, das der axialen Relativbewegung der beiden Rohre 5 und
10 proportional ist.
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Sowie das Griffstück2 losgelassen wird, drücken die Federn 13 und
17 das Meßfühlersystem wieder exakt in die Ruhelage, in der die Meßspule 22 vorzugsweise
ihre Nullstellung hat, d. h. kein Abweichungssignal erzeugt. Die Federn 13 und 17
sind so dimensioniert, daß ein Vielfaches des Tastdruckes erforderlich ist, um sie
zusammenzudrücken.
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Um gleichzeitig entstehende, aber entgegengesetzt wirkende Meßsignale
der beiden axialen Meßsysteme auszuschließen, ist am Rohr 10 ein nicht dargestellter
Umschalter angeordnet, mit dessen Hilfe von einem axialen Meßsystem auf das andere
umgeschaltet werden kann. Signallampen am Rohr 10 können anzeigen, welches der beiden
Systeme eingeschaltet ist.
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Wird die gesamte Meßfühleranordnung manuell an das abzutastende Modell
herangebracht, so ist das zweite Meßsystem, d. h. die Meßspule 22 eingeschaltet.
Der durch die Druckluft bis zum Anschlag aus einer Führung herausragende Taster
28 des Meßfühlers 1 setzt auf dem Modell auf und wird wieder weiter in seine Führung
hineingeschoben. Passiert der am Taster 28 befestigte Ferritkern die Null-
stellung
seiner zugeordneten Meßspule 9, 9', so wird automatisch auf dieses Meßsystem umgeschaltet,
und seine Meßsignale haben Vorrang vor den Meßsignalen des nun auf Null aussteuernden
zweiten Meßsystems 20 bis 22. Beim Wegfahren vom Modell wird wieder auf das System
mit der Meßspule 22 zurückgeschaltet.
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Das Fühlergehäuse 10 mit der Aufnahmevorrichtung 12 ist vorzugsweise
verschwenkbar und einrastbar mit dem nachführbaren Bauteil der Meßmaschine verbunden.
Um ein einwandfreies gleichmäßiges Funktionieren der Mechanik in allen Stellungen
der Meßfühleranordnung, wie vertikal, horizontal und über Kopf, zu gewährleisten,
ist im Rohr 5 mittels eines reibungsarmen Lagers 25 ein Gegengewicht 24 spielfrei
und verdrehsicher eingebaut. Dieses Gegengewicht 24 ist durch die Seile 26 und 26'
über die Umlenkrollen 27 und 27', die an dem Rohr 10 befestigt sind, mit dem Rohr
spielfrei verbunden.
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So hält das Gegengewicht 24 den Bauelementen 1 bis 9 und 20, 21 das
Gleichgewicht. An die Stelle des Ausgleichgewichtes kann auch eine pneumatische
Waage treten.
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Patentansprüche: 1. Meßfühleranordnung mit einem in einer Meßmaschine
nachführbar angeordneten Fühlergehäuse und einem im Fühlergehäuse entgegen einer
Rückstellkraft axial verschieblichen Taster, welcher mit einem axialen Meßsystem
verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Fühlergehäuse aus zwei axial gegeneinander
beweglichen, aber mit einer den Tastdruck übersteigenden Kraft (13, 17) federnd
in einer genau definierten Ruhelage gehaltenen rohrförmigen Gehäuseteilen (5, 10)
besteht, deren axiale Relativbewegungen von einem zwischen den beiden rohrförmigen
Gehäuseteilen angeordneten, allein der Nachführsteuerung dienenden zweiten axialen
Meßsystem (20 bis 22) erfaßt wird, dessen Nullstellung mit der Ruhelage der Gehäuseteile
(5, 10) übereinstimmt.
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2. Meßfühleranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die den Tastdruck definierende Rückstellkraft an einer fest mit dem Taster (28)
verbundenen Kolbenfläche erzeugt wird, welche in einen koaxial zum Taster (28) angeordneten
Druckluftzylinder eintaucht.
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3. Meßfühleranordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden axialen Meßsysteme (1 bis 9, 20 bis 22) in Spulensysteme eintauchende
Ferritkerne enthalten.
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4. Meßfühleranordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden axialen Meßsysteme elektrisch so zusammengeschaltet sind, daß das
zweite axiale Meßsystem (20 bis 22) bei einem Meßsignal-Nulldurchgang des ersten
axialen Meßsystems (1 bis 9) abgeschaltet und bei Überschreiten eines vorgegebenen
Meßsignalbetrages eingeschaltet wird.