DE202016106704U1

DE202016106704U1 - Höhenmessgerät

Info

Publication number: DE202016106704U1
Application number: DE202016106704.9U
Authority: DE
Original assignee: Tesa SARL
Current assignee: Tesa SARL
Priority date: 2016-07-20
Filing date: 2016-12-01
Publication date: 2016-12-12
Anticipated expiration: 2026-12-02
Also published as: US9933248B2; US20180023945A1; CN206496736U

Abstract

Höhenmessgerät, umfassend:
eine Basis zum Ruhen auf einer horizontalen Oberfläche;
eine starr an der Basis angebrachte vertikale Führung;
ein verschiebbar an der vertikalen Führung montiertes bewegliches Teil;
einen Fühler, der an dem beweglichen Teil montiert ist, zum Detektieren eines Kontakts mit einem Werkstück auf der horizontalen Oberfläche; und
einen Positionskodierer, der die Elektroniksteuereinheit mit einem eine Position des Fühlers auf der vertikalen Führung darstellenden Signal versorgt;
gekennzeichnet durch
eine multichromatische lichtemittierende Einrichtung, die auf dem beweglichen Teil montiert ist und durch die Elektroniksteuereinheit gesteuert wird;
wobei die Elektroniksteuereinheit zum Detektieren einer Extremposition in einer Bewegung des Fühlers relativ zu der vertikalen Führung und zum Ansteuern der lichtemittierenden Einrichtung auf der Basis der Position des Fühlers ausgebildet ist.

Description

Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Abmessungsmessinstrumente und insbesondere, aber nicht ausschließlich, ein Höhenmessgerät mit einer einzelnen vertikalen Mess- und Verschiebeachse.
Beschreibung des verwandten Stands der Technik
Höhenmessgeräte werden häufig in mechanischen Werkstätten oder der Industrie zum Messen von vertikalen Koordinaten von Werkstücken verwendet, insbesondere zum Messen der Positionen und des Durchmessers von Ausnehmungen des Werkstücks.
Bekannte Höhenmessgeräte sind konfiguriert, auf einer horizontalen Referenzoberfläche platziert zu werden, und besitzen eine vertikale Höhenführung, die zwischen 50 Zentimeter und 2 Meter umfasst. Die vertikale Führung hält gleitbar oder verschiebbar eine Sondenspitze oder einen Fühler zum Detektieren eines Kontakts mit dem Werkstück. Höhenmessgeräte sind weiterhin mit einem Positionscodierer ausgestattet zum Erfassen der Position des Fühlers an der vertikalen Führung mit hoher Genauigkeit. Die Höhe des Fühlers kann in den besten Instrumenten mit einer Präzision in der Größenordnung von einem Mikrometer bestimmt werden.
Der Bediener muss das Werkstück nahe an dem Höhenmessgerät platzieren und es so auf der horizontalen Referenzoberfläche verstellen, dass die Sondenspitze vertikal verschoben werden kann, um den Abschnitt des Werkstücks zu kontaktieren, dessen vertikale Koordinate der Bediener messen möchte. Höhenmessgeräte können auf einer Luftkissenbasis montiert sein, die ihre horizontalen Verschiebungen erleichtert.
Bekannte Höhenmessgeräte sind oftmals mit einem Display ausgestattet zum Darstellen der Bedienerbefehle und der erfassten Messungen, wie etwa der absoluten Höhe eines Punkts oder der Differenz zwischen zwei gemessenen Punkten. Das Handhaben des Werkstücks und das Beobachten der Bildschirmeinrichtung ist jedoch für den Bediener nicht sehr intuitiv, da seine Augen das Werkstück verlassen müssen, um die Sichtinformationen auf der Displayeinrichtung zu lesen.
US6813845 offenbart ein Höhenmessgerät, das mit einer akustischen Einrichtung ausgestattet ist zum Signalisieren einer Erfassung einer Extremwertposition der Sondenspitze während einer Messoperation.
DE4138227 offenbart ein Höhenmessgerät, das mit einer LED ausgestattet ist, die an einer Seite der Säule angebracht ist, um einen physischen Kontakt zwischen der Sonde und einem zu vermessenden Werkstück zu signalisieren.
US7992314 offenbart eine Messsäule mit einer Signalisierungseinrichtung zum Anzeigen des Status der automatischen Befehlserkennung und einer Messfunktionsinitiierung. Die Signalisierungseinrichtung ist an den beweglichen Messschieber angebracht und ist in der Form entweder einer akustischen Einrichtung oder mehrerer verschiedener, einzelner Lichter, die ein-/ausgeschaltet werden oder blinken können.
Kurze Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Höhenmessgeräts mit einer verbesserten Unterstützung für den Bediener bei Messoperationen im Vergleich zu bekannten Höhenmessgeräten.
Gemäß der Erfindung wird dieses Ziel mit Hilfe des Höhenmessgeräts nach Anspruch 1 erzielt.
Diese Lösung stellt insbesondere ein Höhenmessgerät bereit, das den Bediener beim Messen von Extremitäten von Hohlräumen oder Löchern von Werkstücken führt, ohne ihn von dem Handhaben des Werkstücks abzulenken.
Diese Lösung stellt weiterhin ein Höhenmessgerät bereit, das in der Lage ist, den Bediener bei komplexen Messoperationen in lauten Umgebungen wie etwa Maschinenhallen und industriellen Umgebungen zu führen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird mit Hilfe der Beschreibung einer beispielhaft angegebenen und durch die Figuren veranschaulichten Ausführungsform besser verstanden. Es zeigen:
1, 2 und 2a Ansichten eines Höhenmessgeräts gemäß der Erfindung;
3 und 4 Details einer zweiten und einer dritten Ausführungsform eines Höhenmessgeräts gemäß der Erfindung;
5 und 6 beispielhafte Messprozeduren eines Rückkehrpunkts eines Werkstücks mit Hilfe des Höhenmessgeräts der Erfindung.
Ausführliche Beschreibung möglicher Ausführungsformen der Erfindung
Die 1, 2 und 2a zeigen ein Höhenmessgerät 1 in der Form einer Abmessungs-Messsäule mit einer einzelnen vertikalen Achse zum Bestimmen eines Koordinatenpunkts entlang der vertikalen Achse.
Das Höhenmessgerät 1 umfasst eine Basis 10 zum Ruhen auf einer Referenzoberfläche 40, die allgemein eine horizontale Oberfläche ist. Vorteilhafterweise kann die Basis 10 Mittel umfassen zum Erleichtern einer horizontalen Verschiebung des Höhenmessgeräts 1 auf der Referenzoberfläche, z.B. Luftkissen.
Eine starr an der Basis 10 angebrachte Säule 11 erstreckt sich von dort im Wesentlichen vertikal. Die Säule 11 umfasst eine vertikale Führung 111, die ein bewegliches Teil 12 mit einem Fühler 18 zum Detektieren eines Kontakts mit einem Werkstück 30 gleitbar oder verschiebbar hält, die zum Zusammenarbeiten mit dem beweglichen Teil 12 konfiguriert ist, um eine lineare Translation/Verschiebung des beweglichen Teiles entlang einer vertikalen Achse, senkrecht bezüglich der Referenzoberfläche, zu gestatten.
Das bewegliche Teil 12 hält den Fühler 18 mit Hilfe eines Fühlerhalters 17.
Der Fühler 18 kann eine Berührungssonde mit einem Stift 182 mit einem Kontaktelement (z.B. einer Rubinkugel 181) an seiner distalen Extremität zum Kontaktieren einer Oberfläche eines Werkstücks sein. Der Fühler ist bevorzugt an seiner proximalen Extremität mit einem Verbinder 183 (z.B. ein Stecker) ausgestattet, der mit einem passenden Element 171 der Sondenstütze 17 zusammenarbeitet, um den Fühler entfernbar daran anzubringen.
Das Höhenmessgerät 11 umfasst einen Positionscodierer 15, der ein die Position des Fühlers 18 an der vertikalen Führung darstellendes Signal generiert. Der Kodierer kann ein analoges Signal und/oder ein digitales Signal liefern. Die Genauigkeit des Kodierers wird durch die Genauigkeit des Instruments diktiert, was in den besten Fällen einem Mikrometer nahe kommen kann.
Bevorzugt ist das Instrument 1 der Erfindung motorisiert: es umfasst einen Motor oder einen Aktuator 13 und eine Elektroniksteuereinheit 14, um es anzusteuern. Der Aktuator 13 kann auf dem beweglichen Teil 12 mit einer Umlenkrolle, Seilen oder einer beliebigen geeigneten Übertragung 131, 132 arbeiten. Es sind jedoch auch nichtmotorisierte Ausführungsformen möglich, wo der Bediener das bewegliche Teil 12 manuell antreibt, z.B. durch Drehen eines Knopfs 27 nahe der Basis. An einem motorisierten Instrument kann der Drehknopf 27 konfiguriert sein zum Steuern des Aktuators gemäß der durch den Bediener gelieferten manuellen Hinweise, insbesondere für Richtung und Geschwindigkeit.
Die Elektroniksteuereinheit 14 ist bevorzugt konfiguriert zum Erfassen des die Position des Fühlers darstellenden Signals des Codierers, zum Ansteuern des beweglichen Teiles 12 entlang der vertikalen Führung in einem Regelkreismodus (d.h. Rückkopplungsmodus), zum Empfangen von Eingaben von den Schnittstellenelementen und zum Zurückschicken von Informationen an den Bediener.
Die Elektroniksteuereinheit 14 umfasst eine Logik- oder programmierbare Elektronikschaltung, die programmiert ist zum Betreiben des Höhenmessgeräts gemäß einer Vielzahl von Messmodi, bevorzugt einschließlich Messmodi zum Messen eines einzelnen Punkts auf einer Werkstückoberfläche und Messmodi zum Messen eines Extrempunkts. Messmodi können durch den Bediener gewählt und gesteuert werden, der entweder auf die Benutzerschnittstelle 16, den Drehknopf 27 oder eine andere geeignete manuelle Eingabeeinrichtung einwirkt.
Die Benutzerschnittstelle 16 kann eine Tastatur 162 und ein Display 161 umfassen und kann durch einen verdrahteten oder drahtlosen Datenkanal mit der Elektroniksteuereinheit 14 verbunden sein. Die Benutzerschnittstelle 16 kann physisch mit dem Höhenmessgerät mit Hilfe eines gelenkigen oder flexiblen Arms verbunden sein, durch einen Draht damit verbunden oder völlig gelöst sein, wobei die Kommunikation durch einen geeigneten drahtlosen Kanal sichergestellt ist.
Bei einer Variante kann die Benutzerschnittstelle 16 eine tragbare Einrichtung wie etwa ein Smartphone, ein Tablet oder ein Laptop sein, die konfiguriert sind zum Kommunizieren mit der Elektroniksteuereinheit und Ausführen einer geeigneten Applikation zum Steuern des Höhenmessgeräts, zum Anzeigen und zum Verarbeiten der erfassten Daten.
Die Steuereinheit 14 kann programmiert sein zum Zeigen aller relevanten Informationen auf dem Display 161, einschließlich: aktueller absoluter oder relativer vertikaler Position des Fühlers; berechneter Größen wie etwa Koordinaten, Distanzen, Radien, Durchmesser, Dicken, Winkel, Längen usw.; Bedienerbefehl und -anweisungen; Menüs; Statusinformationen; Anleitungen und Anweisungen an den Bediener in Text- und/oder Videoformat. Vorteilhafterweise kann der Schirm ein Touchscreen 161 sein, der die Funktionen der Tastatur 162 ganz oder teilweise übernimmt.
Die Steuereinheit 14 kann programmiert sein zum Korrigieren der Messungen für die relative Dilatation des Höhenmessgeräts und des Werkstücks in Abhängigkeit von der Temperatur. Bei bekannten Höhenmessgeräten werden die Temperatur und das Material des Werkstücks sowie die Temperatur des Höhenmessgeräts durch die Benutzerschnittstelle 16 manuell eingegeben. Der Bediener kann dann eine Applikation aktivieren, die die gemessenen Abmessungen für Temperatureffekte kompensiert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann ein Temperatursensor 20 an dem Sondenhalter 17 oder dem beweglichen Teil 12 vorgesehen sein. Der Temperatursensor 20 kann vom Kontakttyp oder bevorzugt vom kontaktlosen Typ (Infrarot-Typ) sein. Der Temperatursensor, der zum Gedrehtwerden um 180° konfiguriert ist, kann zum Messen der Temperatur des Höhenmessgeräts und nach Drehung durch 180° des Werkstücks, dem er zugewandt ist, verwendet werden. Die gemessenen Temperaturen werden durch die Steuereinheit 14 zum Berechnen von Abmessungskorrekturen auf der Basis der Temperaturen und der Ausdehnungskoeffizienten des Höhenmessgeräts und des Werkstücks verwendet.
Die Benutzerschnittstelle kann einen Lautsprecher zum Generieren akustischer Hinweise oder synthetisierter Sprachnachrichten und/oder ein Mikrofon zum Empfangen von durch die Elektroniksteuereinheit 14 zu dekodierenden Sprachbefehlen umfassen und könnte mit einer Handsteuereinrichtung wie etwa einer Maus, einem Trackball oder einem Trackpad verbunden sein.
Der Drehsteuerknopf 27 befindet sich bevorzugt auf einer Seite der Säule 11 nahe der Basis 10, was es einem Bediener gestattet, vordefinierte Messmodi zu initiieren, das bewegliche Element anzutreiben, durch Menüs auf dem Display zu navigieren, Messparameter usw. einzustellen, während der Messpunkt im Blick bleibt. Bevorzugt umfasst er ein haptisches Element, beispielsweise ein schwingendes Element, das in der Lage ist, taktile Signale an den Bediener zu liefern. Bei nichtmotorisierten Instrumenten wird der Drehknopf 27 zum direkten Antreiben des beweglichen Teils 12 verwendet.
Bevorzugt ist die Elektroniksteuereinheit konfiguriert zum Empfangen eines durch einen nichtdargestellten Kraftsensor generierten Kraftsignals, das eine vertikale Komponente einer zwischen dem Berührungselement 181 und der Oberfläche des Werkstücks wirkenden Kontaktkraft, wenn beide in Kontakt stehen, darstellt. Dank dieses Merkmals kann die Steuereinheit eine Messung (d.h. eine Position des Fühlers auf der vertikalen Führung) validieren, wenn zum Beispiel die durch den Kraftsensor angezeigte Kraftgröße innerhalb eines vordefinierten Bereichs ist.
Außerdem ermöglicht der Kraftsensor einen Korrekturmodus, wobei die Elektroniksteuereinheit die erfasste Koordinatenposition (d.h. die Position des Fühlers bezüglich der vertikalen Führung) in Abhängigkeit von der Anzeige des Kraftsensors korrigiert. Die Steuereinheit 14 kann konfiguriert sein zum Betätigen des Aktuators in einem Konstantkraftmodus derart, dass die Kontaktkraft im Wesentlichen konstant gehalten wird (d.h. innerhalb eines vordefinierten Bereichs). Der Konstantkraftmodus gestattet dem Bediener, das Werkstück und/oder das Höhenmessgerät auf der Referenzoberfläche zu bewegen, während die Elektroniksteuereinheit das bewegliche Element unter Aufrechterhaltung eines Kontakts von konstantem Druck zwischen dem Fühler und dem Werkstück und Erfassung aufeinanderfolgender gültiger Positionen des Fühlers antreibt. Bei manuellen Höhenmessgeräten wird der Konstantkraftmodus durch eine Manipulation des Drehknopfs 27 durch den Bediener erzielt.
Die Elektroniksteuereinheit besitzt insbesondere einen Extremmessmodus, wobei die Elektroniksteuereinheit eine Extremposition 201, 202, entweder ein Minimum oder ein Maximum, in einer Bewegung 200 des Fühlers relativ zur vertikalen Führung detektiert, wie in 2 und 2a dargestellt.
Wenn dieser Messmodus freigegeben ist, erfasst die Steuereinheit eine Reihe von aufeinanderfolgenden Positionen des Fühlers und bestimmt eine Bewegung 200 des Fühlers als Funktion der verstrichenen Zeit. Alternativ werden die aufeinanderfolgenden Positionen des Fühlers immer dann konstant erfasst und in einem Puffer gespeichert, wenn das Höhenmessgerät aktiv ist, und die Steuereinheit adressiert diesen Puffer, um das Bewegungsprofil 200 zu rekonstruieren, falls nötig.
Die Bewegung kann durch eine Zeitserie einer diskreten Position oder durch eine interpolierte oder angepasste Linie, durch eine beliebige Parameterfunktion definiert, dargestellt werden. Ein Extremwertfindungsalgorithmus bestimmt automatisch die Minima 201 und/oder die Maxima 202 der Bewegung 200, d.h. die niedrigste vertikale Position 201 und/oder die höchste vertikale Position 202 des Fühlers in einem relevanten Zeitintervall. Bevorzugt wird die Identifikation eines Extrempunkts durch einen geeigneten Audiohinweis (Piepton) oder visuellen Hinweis markiert, wie später ausführlich erläutert werden wird. Die Steuereinheit kann programmiert sein, entweder lokale Extremwerte oder globale Extremwerte in einem gegebenen Zeitintervall zu finden. Der Extremwertfindungsalgorithmus kann durch ein Programmm implementiert sein, das durch einen geeigneten Prozessor, in einer Logikschaltung oder einem FPGA oder auf beliebige andere geeignete Weise ausgeführt wird.
Die Steuereinheit kann programmiert sein zum Identifizieren vorübergehender Extrempositionen in dem Bewegungsprofil 200, das einen aussichtsreichen Kandidaten für eine lokale Extremposition auf dem Werkstück darstellt. Die vorübergehende Extremposition wird auf der Basis der Position des Fühlers ständig aktualisiert. Wenn die Suche nach einem Extrempunkt endet oder abgeschlossen wird, oder nach einem bestimmten Zeitintervall wird die Extremposition als die letzte gültige vorübergehende Extremposition geschätzt.
In dem in 2 und 2a dargestellten Beispiel wählte der Bediener einen Minimumsmessmodus für das Zeitintervall I–II, in dem der Extremwertfindungsalgorithmus die niedrigste Position 201 findet. Die niedrigste Position (d.h. das Minimum der Bewegung) wird somit als die Position des Fühlers zur Zeit „b“ identifiziert. Danach wählte der Bediener einen Maximumsmessmodus für das Zeitintervall II–III, in dem der Extremwertberechnungsalgorithmus programmiert ist zum Finden der höchsten Position in der Bewegung des Fühlers während des gewählten Zeitintervalls. Die höchste Position (d.h. das Maximum der Bewegung) 202 wird somit als die Position des Fühlers zur Zeit „f“ identifiziert.
Das Höhenmessgerät kann eine vollständige Bohrungs- oder Durchmessermessung umfassen, wobei das Höhenmessgerät halb- oder automatisch von dem Minimums- zum Maximumsmessmodus oder/und umgekehrt wechselt.
Die Extrempositionsbestimmung kann in Echtzeit oder a posteriori ausgeführt werden, wenn der Extremwertberechnungsalgorithmus die ganze Bewegung verwirft (d.h., nachdem die Zeitperiode beendet ist).
Das Handhaben des Werkstücks und das Aufpassen an der Displayeinrichtung ist für den Bediener nicht sehr intuitiv, da seine Augen das Werkstück zum Lesen der Sichtinformationen auf der Displayeinrichtung verlassen müssen. Das Höhenmessgerät 1 umfasst somit eine multichromatische lichtemittierende Einrichtung 19, die synchron mit dem Fühler bewegbar ist und durch die Elektroniksteuereinheit gesteuert wird zum Führen des Bedieners durch in der Nähe des Werkstücks generierte Sichtinformationen.
In dem Extremmessmodus unterstützt die Elektroniksteuereinheit den Bediener durch Ansteuern der multichromatischen lichtemittierenden Einrichtung in Abhängigkeit von der relativen Position des Fühlers bezüglich der Extrempositionen 201, 202 der Bewegung 200 des Fühlers auf der vertikalen Führung. Es hat sich herausgestellt, dass diese Arbeitsweise ergonomischer ist, weil der Bediener seinen Blick nicht von dem gemessenen Punkt abwenden muss, weniger ablenkend ist, dank ihrer Prägnanz, und für laute Umgebungen besser geeignet ist.
In der Ausführungsform der 1 und 2 ist die multichromatische lichtemittierende Einrichtung 19 so auf dem beweglichen Teil 12 montiert, dass sie sich synchron mit der Bewegung des Fühlers 18 bewegt.
Die multichromatische lichtemittierende Einrichtung 19 kann konfiguriert sein zum Emittieren eines beliebigen geeigneten farbigen Lichts. In den vorgelegten Beispielen wird angenommen, dass sie in der Lage ist, Licht zu emittieren, das so wahrgenommen wird, dass es eine beliebige der folgenden wahrgenommenen Farben besitzt: Rot, Orange, Grün, Blau oder Kombinationen davon, einschließlich eines als Weiß wahrgenommenen polychromatischen Lichts.
Bei einer bevorzugten Variante kann die multichromatische lichtemittierende Einrichtung 19 eine Vielzahl von Lichtquellen wie etwa Leuchtdioden (LEDs) umfassen. Möglicherweise emittiert jede individuelle Quelle Licht mit einem spezifischen Spektrum, und die verschiedenen Farben werden durch geeignete gewichtete Kombinationen erhalten.
Die Intensität, Position und Richtung des durch die Quelle 19 emittierten Lichts sind bevorzugt durch geeignete Elektroniksteuerungen, Membranen, optische Elemente, schwenkende und/oder flexible Stützen und/oder Jalousien entweder manuell oder automatisch verstellbar. Das Höhenmessgerät kann einen Lichtdetektor zum adaptiven Verstellen der Intensität auf die Umgebungsbeleuchtung enthalten.
Im Extremmessmodus kann die Elektroniksteuereinrichtung konfiguriert sein zum Steuern der Richtung, der Intensität und/oder der Verteilung der Strahlbeleuchtung von emittierten Lichtern als Funktion der Position und/oder der Richtung des Fühlers bezüglich der Extremposition. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Elektroniksteuereinrichtung einen Automatikmodus besitzen, in dem sie die Richtung des emittierten Lichts der multichromatischen lichtemittierenden Einrichtung zu der Extremposition orientiert, so dass das emittierte Licht auf die Oberfläche des zu vermessenden Werkstücks scheint.
Gemäß der Erfindung kann sich die multichromatische lichtemittierende Einrichtung an verschiedenen Komponenten des Höhenmessgeräts befinden. Bei einer in 3 dargestellten Ausführungsform befindet sich die multichromatische lichtemittierende Einrichtung in dem Fühler 18, der einen halbtransparenten oder transparenten Abschnitt besitzt, durch den das Licht der Quelle 19 sichtbar ist. Der halbtransparente oder ein transparenter Abschnitt kann Teil des Stiftes 182‘ und/oder des Berührungselements (z.B. der Kontaktkugel 181‘) sein. Gemäß dieser Variante generiert die lichtemittierende Einrichtung Leuchtinformationen in der Nähe der Kontaktpunkte und befindet sich deshalb im Blickfeld des Bedieners. Zudem liefert diese Lösung eine effiziente Beleuchtung der Oberfläche des Werkstücks, wobei eine Messung stattfindet.
Bei einer durch 4 dargestellten weiteren Ausführungsform wird die multichromatische lichtemittierende Einrichtung in den Verbinder 183‘ des Fühlers 18 platziert. Der Verbinder 183‘ umfasst ein Indikatorelement 192, das mindestens teilweise transparent ist und ausgelegt ist zum Visualisieren des emittierten Lichts der chromatischen lichtemittierenden Einrichtung. Das Indikatorelement könnte ein halbtransparenter oder transparenter Abschnitt des Verbinders sein. Das Indikatorelement kann sich in einem halbtransparenten oder einem transparenten Ring befinden, der sich um den Verbinder herum befindet und nahe oder in Kontakt mit dem stützenden Element 171 der Fühlerhalter 17 platziert ist. Der Ring ist entfernbar um einen länglichen Abschnitt, möglicherweise einen Gewindeabschnitt, der Stütze 183‘ platziert, der mit einem Hohlraum des Stützelements des Fühlerhalters zusammenarbeitet.
Alternativ kann die multichromatische lichtemittierende Einrichtung auf dem Fühlerhalter 17 platziert sein. Diese Ausführungsform platziert die Leuchtinformationen in der Nähe von Kontaktpunkten derart, um eine unmaskierte Sichtbarkeit selbst dann zu garantieren, wenn der Bediener Löcher oder Bohrungen ausmisst, insbesondere mit langen Stiften. Es hat sich auch herausgestellt, dass diese Variante möglicherweise weniger ablenkt als die vorausgegangene in einigen Umständen.
Bei einer nicht dargestellten Variante der Erfindung umfasst das Höhenmessgerät eine zusätzliche alphanumerische oder grafische Displayeinheit auf dem beweglichen Element 12 und durch die Elektroniksteuereinrichtung gesteuert. Das zusätzliche Display kann so gesteuert werden, dass es kurze alphanumerische Nachrichten oder Symbole zeigt, die der Bediener sehen kann, ohne seinen Blick von dem Messpunkt abzuwenden. Das zusätzliche Display kann eine LCD- oder OLED-Einrichtung mit kleinen Abmessungen sein, wie etwa ein Display mit einer Diagonalen von 1,5–2 Inch (3,8 cm–5,1 cm). Die darauf gezeigten Informationen können die vertikale Position des Fühlers, Koordinaten und berechnete Abmessungen wie Länge, Dicken, Winkel, Durchmesser, Radien oder den aktuellen Arbeitsmodus oder beliebige andere Informationen beinhalten.
Vorteilhafterweise besitzt die Elektroniksteuereinheit einen Echtzeit-Extremmessmodus (Minimum und/oder Maximum), wobei die Elektroniksteuereinheit bewirkt, dass die multichromatische lichtemittierende Einrichtung auf der Basis der Position des Fühlers bezüglich einer Extremposition ein Sichtsignal generiert.
Bevorzugt ist die Verzögerung zwischen dem Augenblick, zu dem der Fühler den Extrempunkt passiert, und dem Sichtsignal sehr kurz, idealerweise innerhalb einiger weniger Millisekunden, und wird sofort durch den Bediener wahrgenommen. Dies erleichtert sehr die Suche eines Extrempunkts und reduziert Messfehler.
In diesem Modus wird der Bediener sofort informiert, beispielsweise während der Vermessung eines Lochs, dass er sich in der Nähe oder an dem niedrigsten oder höchsten Punkt befindet, durch ein Lichtsignal mit einer vorbestimmten Farbe oder einem Intensitäts- und/oder Blinkmuster.
Drei Anzeigemodi können durch den Bediener gewählt werden:

– eine Leuchtinformation auf der Basis einer vertikalen Distanz zwischen der Position des Fühlers und der Extremposition (Minimum oder Maximum);
– eine Leuchtinformation auf der Basis einer Bewegungsrichtung des Fühlers bezüglich der Extremposition (Minimum oder Maximum);
– eine Leuchtinformation auf der Basis einer vertikalen Distanz zwischen der Position des Fühlers und der Extremposition (Minimum oder Maximum) und einer Richtung einer Bewegung des Fühlers bezüglich der Extremposition (Minimum oder Maximum).

Ein beispielhafter Fall wird durch 2a veranschaulicht, wobei sich der Bediener für die erste Option entscheidet, d.h. eine Leuchtinformation auf der Basis einer vertikalen Distanz zwischen der Position des Fühlers und der Extremposition. Der Bediener aktiviert den Echtzeit-Minimumsmessmodus bei der Zeit I zum Finden der Höhe des niedrigsten Punkts in der Bohrung 31. Der Extremwertfindungsalgorithmus analysiert das von dem Positionscodierer empfangene Bewegungsprofil des Fühlers 200 und bestimmt die niedrigste Position.
Der Extremwertberechnungsalgorithmus bestimmt somit eine vorübergehende niedrigste Position, die bis zur Zeit b ständig aktualisiert wird, wenn die vorübergehende niedrigste Position das lokale Minimum 201 erreicht, woraufhin der Algorithmus bestimmt, dass die nächsten ankommenden Fühlerpositionen höher sind als die vorübergehende niedrigste Position 201. Die Elektroniksteuereinrichtung steuert die multichromatische lichtemittierende Einrichtung an zum Emittieren eines ersten vordefinierten Sichtsignals, zum Beispiel eines einzelnen Blinklichts, zum Informieren des Bedieners, dass eine lokale Minimumsposition erfasst ist. Das Leuchtsignal kann von einem vordefinierten akustischen Signal oder von einem taktilen Signal von dem Steuerknopf begleitet werden.
Die Elektroniksteuereinheit generiert einen Schwellwert 210, dessen Größe auf der Größe der vorübergehenden niedrigsten Position basiert, um den Bediener zu informieren, falls sich die Position des Fühlers in der Nähe der vorübergehenden niedrigsten Position befindet oder nicht befindet. Der Schwellwert 210 kann durch Addieren eines vordefinierten Offset zu der vorübergehenden niedrigsten Position generiert werden. Der Offset kann durch den Bediener programmierbar sein. Die Größe des Schwellwerts wird bevorzugt immer dann aktualisiert, wenn die vorübergehende niedrigste Position aktualisiert wird.
Bei einer bevorzugten Variante verursacht die Elektroniksteuereinheit, dass die multichromatische lichtemittierende Einrichtung 19 eine visuelle farbcodierte Anzeige der aktuellen Höhe des Fühlers relativ zum Schwellwert 210 emittiert, was den Bediener darüber informiert, ob sich der Fühler gegenwärtig nahe an einem Extrempunkt befindet. Es könnte bewirkt werden, dass die Lichtquelle ein zweites vorbestimmtes Sichtsignal generiert, beispielsweise ein festes oranges Licht, wenn die Höhe des Fühlers zwischen dem Extremwert 201 und dem Schwellwert 210 liegt (siehe Punkte „a“ und „b“), und ein drittes Sichtsignal, beispielsweise ein festes rotes Licht, wenn die Höhe des Fühlers 19 den Schwellwert 210 übersteigt (Punkt „d“).
Falls der Fühler wieder zu dem zuvor gefundenen Minimum „b“ gesenkt wird, wird bewirkt, dass die Quelle 19 ein viertes vorbestimmtes Sichtsignal emittiert, beispielsweise ein grünes festes Licht, das den Bediener informiert, dass sich der Fühler auf der erfassten niedrigsten Position befindet. Sollte der Fühler 18 weiter herunter gehen als der geschätzte Mindestwert, werden folglich die vorübergehende niedrigste Position und der Schwellwert aktualisiert. Während der Aktualisierungsperiode kann die Elektroniksteuereinheit die multichromatische lichtemittierende Einrichtung 19 ansteuern zum kontinuierlichen Emittieren des vierten vordefinierten Signals oder eines anderen spezifischen Signals (z.B. eines blinkenden grünen Lichts). Falls eine neue Minimumsposition erreicht wird, bewirkt die Elektroniksteuereinrichtung, dass die multichromatische lichtemittierende Einrichtung ein erstes Signal oder erste Signale emittiert, einschließlich akustischer und taktiler Hinweise, falls programmiert, und der Zyklus startet erneut.
Am Ende des Zeitintervalls I–II bestimmt der Extremwertberechnungsalgorithmus sofort die niedrigste Position, die die vorübergehende niedrigste Position ist.
Im gleichen Beispielfall aktiviert der Bediener bei der Bestimmung der niedrigsten Position den Echtzeit-Maximumsmessmodus zur Zeit II zum Wiederausführen der gleichen Suchoperation, um die oberen Extremwerte des Lochs 31 zu finden.
Der Extremwertberechnungsalgorithmus startet sofort mit dem Analysieren jeder ankommenden Fühlerposition 200, um die höchste Position 202 zu bestimmen.
Die gleichen oder äquivalenten Schritte treten auf, wenn die Recheneinheit den höchsten Punkt der inneren Oberfläche der Bohrung 31 bestimmen muss. Der Extremwertberechnungsalgorithmus bestimmt eine vorübergehende höchste Position, die kontinuierlich bis zur Zeit „f“ aktualisiert wird, wenn der Fühler das lokale Maximum 202 erreicht. Die multichromatische lichtemittierende Einrichtung 19 wird angesteuert, das erste vordefinierte Signal zu emittieren, ein Schwellwert 211 wird auf der Basis des Werts der höchsten Position beispielsweise durch Subtrahieren eines vordefinierten Werts von dem Maximalwert bestimmt und die Lichtquelle emittiert geeignete Signale dementsprechend, ob sich der Fühler am Maximalwert, zwischen dem Maximalwert und dem Schwellwert oder unter dem Schwellwert befindet. Bevorzugt werden das gleiche erste, zweite und dritte Signal wie für die Suche eines Minimums verwendet. Sollte sich der Fühler über das aktuelle Maximum bewegen, die vorübergehende höchste Position 202, dann wird der Schwellwert 211 aktualisiert. Die Aktualisierung kann wie für den Minimumsmessmodus beschrieben signalisiert werden.
Nachdem der Echtzeit-Maximumsmessmodus deaktiviert ist (z.B. zur Zeit III von 2), bestimmt der Extremwertberechnungsalgorithmus sofort die höchste Position, die die vorübergehende höchste Position ist.
Wie zuvor beschrieben kann das Höhenmessgerät der Erfindung einen Arbeitsmodus besitzen, in dem die multichromatische Quelle auf der Basis der Richtung einer Bewegung des Fühlers bezüglich einer Extremposition angesteuert wird (5 und 6).
5 veranschaulicht ein Beispiel, bei dem der Bediener einen Maximumspunkt auf einem Werkstück 30 sucht, nämlich die Höhe des höchsten Punkts der Bohrung 31.
Wenn der Bediener den Echtzeit-Maximumsmessmodus durch Drücken eines Knopfs oder einer Taste der Benutzerschnittstelle aktiviert, steuert die Elektroniksteuereinrichtung das Berührungselement 181 des Fühlers über das bewegliche Element und den Aktuator nach oben (S0). Die Elektroniksteuereinrichtung schaltet die multichromatische lichtemittierende Einrichtung ab.
Die Elektroniksteuereinrichtung stoppt die Aufwärtsbewegung des Fühlers bei Kontakt zwischen dem Berührungselement 181 und der Oberfläche (S1). Die Elektroniksteuereinrichtung steuert die multichromatische lichtemittierende Einrichtung an zum Abstrahlen eines weißen Lichts „w“. Der Klarheit halber zeigt jeder Schritt (S0–S7, S10–S18) der 5 und 6 eine einzelne LED 193, die von einem einbuchstabigen Indikator begleitet wird zum Darstellen eines durch die multichromatische lichtemittierende Einrichtung abgestrahlten Lichts („r“ für Rot, „o“ für Orange, „g“ für Grün und „w“ für Weiß).
Der Bediener bewegt das Werkstück relativ zum Höhenmessgerät unter Bewirkung einer vertikalen Bewegung des Fühlers (S2), die sofort durch die Elektroniksteuereinrichtung detektiert wird. Die Bewegung des Fühlers zu einer neuen höchsten Position, d.h. einer neuen vorübergehenden höchsten Position, wird dem Bediener durch ein Sichtsignal von der Quelle 19 angezeigt, beispielsweise ein oranges Licht „o“.
In dem Beispiel wird eine erste Farbe (Grün) verwendet, um einen Extrempunkt anzuzeigen, eine zweite Farbe (Orange) eine Annäherung zu einem Extrempunkt und eine dritte Farbe (Rot) die Bewegung weg von einem Extrempunkt. Andere Farben und Kombinationen von Farbcodes können gewählt werden, doch ist eine konsistente Wahl von Farbe und Signalen insofern vorteilhaft, dass der resultierende Code leichter behalten werden kann.
In diesem Modus ist das Lokalisieren eines Extrempunkts besonders leicht, wie in 5 und 6 gezeigt. Nachdem die Sonde den Punkt der maximalen Höhe erreicht und passiert hat (S3), wird der Fühler detektieren, ob sich der Fühler zu dem Maximum oder weg von ihm bewegt, und wird den Indikator 19 orange bzw. rot oder grün aufleuchten lassen, wenn das Maximum erreicht ist. Zum Erreichen des Maximums muss der Bediener einfach die Richtung umkehren, wenn das Licht rot ist, weitermachen, wenn es orange ist, bis der Indikator grün ist. Das grüne Licht wird bevorzugt von einem akustischen Signal und/oder durch eine taktile Stimulation unterstrichen. Die Sonde erreicht den maximalen vertikalen Punkt des Werkstücklochs (S3). Sobald die nächste Position des Fühlers erfasst ist (S4), detektiert die Elektroniksteuereinrichtung, dass sich der Fühler von der vorübergehenden Maximalposition wegbewegt. Die multichromatische lichtemittierende Einrichtung wird dann angesteuert, die Farbe des emittierten Lichts zum Beispiel von Orange zu Rot „r“ zu ändern.
Das Messen des Bohrungsdurchmessers erfordert die Bestimmung des zweiten Extremwerts, d.h. eines Minimums, falls das Maximum zuerst bestimmt wurde. Die Minimumsbestimmung läuft ähnlich ab wie die Suche nach einem Maximum.
6 veranschaulicht eine weitere Sequenz von Ereignissen bei der Suche nach dem Maximumspunkt. Nach einem Kontakt mit den Seiten des Lochs (S11) bewegt der Bediener das Werkstück in der Figur nach rechts, was bewirkt, dass sich der Fühler von dem vorübergehenden Maximum wegbewegt, und was wiederum bewirkt, dass das Licht von Weiß nach Rot wechselt. Der Bediener wird dadurch darauf hingewiesen, die Bewegungsrichtung des Werkstücks umzukehren.
Zusätzlich zu den Echtzeit-Extremwertmessungen ist die multichromatische lichtemittierende Einrichtung höchst nützlich beim Positionieren des Werkstücks bezüglich des Höhenmessgeräts, so dass sich der Fühler in der Minimums- oder Maximumsposition eines Bohrlochs befindet. Der Bediener kann diese Positionierung unter Verwendung der Farbhinweise der Lichtquelle viel schneller erzielen als durch Überwachen der Messwerte auf der Displayeinrichtung. Der Bediener kann dann eine einfache Messung des Durchmessers vornehmen durch vertikales Bewegen des Fühlers nach oben oder unten zu der anderen Extremität, ohne das Werkstück oder das Höhenmessgerät zu bewegen.
Das Positionieren des Fühlers in der Extremwertposition liefert dem Bediener auch die Möglichkeit, nach zusätzlichen Extremwerten in der Nähe des gefundenen zu suchen. Das Werkstück entlang der Richtung parallel zum Fühler „nach innen“ oder „nach außen“ zu bewegen, gestattet festzustellen, dass der gemessene Extremwert von der Tiefe, in der er gemessen wird, unabhängig ist. Lokale Verformungen des Bohrlochs weg von einer Zylindergestalt können ebenfalls auf diese Weise detektiert werden, wodurch eine zuverlässigere Durchmessermessung erzielt wird.
Zusätzlich zu den Extremwertfindungshinweisen kann bewirkt werden, dass die multichromatische lichtemittierende Einrichtung andere Informationen anzeigt wie:

• Kalibrierungsprozeduren, Status- und Rekalibrierungsintervalle;
• Toleranzübereinstimmungen wie etwa ein toleranzüberschreitendes Maß;
• Bedienstatus des Höhenmessgeräts, wie etwa, dass sich das Höhenmessgerät in einem netzwerkbestromten Modus, einem Stand-By-Modus oder in einem niedrigen/hohen batteriebestromten Modus befindet;
• Interne Fehler oder Fehlfunktion des Höhenmessgeräts. Das Licht 19 kann verwendet werden, um den Bediener dazu einzuladen, den Touchscreen der Benutzerschnittstelle auf eine Nachricht der Nichtkonformität (z.B. eine Detektion einer hohen Temperatur des Höhenmessgeräts oder der Umgebung, was eine kalibrierungsüberschreitende Situation bewirkt) oder eines Arbeitsfehlers zu prüfen (z.B. eine Detektion einer zu schnellen Bewegung des Fühlers, was eine kalibrierungsüberschreitende Situation bewirkt).

Bezugszeichenliste

1: Höhenmessgerät
10: Gehäuse
11: Säule
111: Vertikale Führung
12: bewegliches Teil
13: Aktuator
131: Umlenkrolle
132: Band
14: Elektroniksteuereinheit
15: Positionscodierer
16: Benutzerschnittstelle
161: Displayeinheit
162: Tastatur
17: Fühlerhalter
171: Stützelement
18: Fühler
20: Temperatursensor
27: Drehknopf
181, 181': Kontaktkugel
182, 182': Stift
183, 183': Verbinder
19: lichtemittierende Einrichtung
191: halbtransparenter Abschnitt
192: halbtransparenter Ring
193: Lichtquelle
200: Fühlerbewegung
201: Minimum des Zeitintervalls I–II
202: Maximum des Zeitintervalls II–III
210: Schwellwert bezüglich des Minimums des Zeitintervalls I–II
211: Schwellwert bezüglich des Maximums des Zeitintervalls II–III
220, 221: Richtung des Fühlers zu den Zeiten T_g und T_h
a–h: Position des Fühlers zu den Zeiten T_a-h
30: Werkstück
31: Bohrloch
40: Referenzoberfläche
S0–S7: beispielhafte Messschritte
S10–S18: beispielhafte Messschritte
W, R, O, G: weißes, rotes, oranges, grünes Licht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6813845 [0006]
DE 4138227 [0007]
US 7992314 [0008]

Claims

Höhenmessgerät, umfassend: eine Basis zum Ruhen auf einer horizontalen Oberfläche; eine starr an der Basis angebrachte vertikale Führung; ein verschiebbar an der vertikalen Führung montiertes bewegliches Teil; einen Fühler, der an dem beweglichen Teil montiert ist, zum Detektieren eines Kontakts mit einem Werkstück auf der horizontalen Oberfläche; und einen Positionskodierer, der die Elektroniksteuereinheit mit einem eine Position des Fühlers auf der vertikalen Führung darstellenden Signal versorgt; gekennzeichnet durch eine multichromatische lichtemittierende Einrichtung, die auf dem beweglichen Teil montiert ist und durch die Elektroniksteuereinheit gesteuert wird; wobei die Elektroniksteuereinheit zum Detektieren einer Extremposition in einer Bewegung des Fühlers relativ zu der vertikalen Führung und zum Ansteuern der lichtemittierenden Einrichtung auf der Basis der Position des Fühlers ausgebildet ist.
Höhenmessgerät nach Anspruch 1, wobei ein Aktuator das bewegliche Teil entlang der vertikalen Führung unter der Steuerung einer Elektroniksteuereinheit antreibt.
Höhenmessgerät nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Elektroniksteuereinheit zum Ansteuern der lichtemittierenden Einrichtung auf der Basis einer vertikalen Distanz zwischen der Position des Fühlers und der Extremposition ausgebildet ist.
Höhenmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Elektroniksteuereinheit zum Ansteuern der lichtemittierenden Einrichtung auf der Basis einer Richtung einer Bewegung des Fühlers bezüglich der Extremposition ausgebildet ist.
Höhenmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Elektroniksteuereinheit zum Ansteuern der multichromatischen lichtemittierenden Einrichtung zum Modifizieren von Spektralverteilungen und/oder -Intensitäten eines emittierten Lichts und/oder einer Zeitabhängigkeit des emittierten Lichts ausgebildet ist.
Höhenmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Fühler einen Kraftsensor umfasst, der konfiguriert ist die Elektroniksteuereinheit mit einem Signal zu versorgen, das eine Größe einer auf einen distalen Abschnitt des Fühlers wirkenden Kraft in vertikale Richtung darstellt.
Höhenmessgerät nach Anspruch 6, wobei die Elektroniksteuereinheit einen Konstantkraftmodus besitzt, in dem sie zum Bewegen des Fühlers über den Aktuator auf eine derartige Weise konfiguriert ist, dass die Größe der auf den distalen Abschnitt des Fühlers wirkenden Kraft innerhalb eines vordefinierten Bereichs gehalten wird.
Höhenmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die multichromatische lichtemittierende Einrichtung in der Lage ist, ein als Rot wahrgenommenes erstes Licht, ein als Orange wahrgenommenes zweites Licht, ein als Grün wahrgenommenes drittes Licht und ein als Weiß wahrgenommenes viertes Licht zu emittieren.
Höhenmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die multichromatische lichtemittierende Einrichtung zum Beleuchten mindestens eines Abschnitts des Fühlers ausgebildet ist.
Höhenmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Fühler ein Berührungselement aufweist, das zum Kontaktieren des Werkstücks ausgebildet ist und das mindestens teilweise transparent ist; wobei die multichromatische lichtemittierende Einrichtung derart in dem Fühler platziert ist, dass ihr emittiertes Licht durch das Berührungselement sichtbar ist.
Höhenmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Fühler entfernbar an dem beweglichen Teil mit Hilfe eines Verbinders angebracht ist, der ein Indikatorelement umfasst, das mindestens teilweise transparent ist; wobei die multichromatische lichtemittierende Einrichtung derart in dem Verbinder platziert ist, dass ihr emittiertes Licht durch das Indikatorelement sichtbar ist.
Höhenmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei ein drehbarer Temperatursensor an dem beweglichen Teil oder einem Fühlerhalter installiert ist, um die Temperatur des Instruments und des Werkstücks zu messen.
Höhenmessgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, mit einem elektrischen Aktuator, der ausgelegt ist zum Ansteuern eines Fühlerhalters entlang der vertikalen Führung.