DE2217174A1 - Meßkopf fur automatische, mehrdi mensionale Meßwerterfassung an Prüflingen - Google Patents

Description

. ^ ' Den 13. 12. 1971 .

Meßkopf für automatische, mehrdimensionale Meßwerterfasaung an Prüflingen ·

J5ie Erfindung betrifft einen Meßkopf für automatische, mehrdimensionale Meßwerterfassung· an Prüflingen mittels ein· oder mehrdimensionaler Meßmaschinen, wobei der Meßicopf in ^v einer Meßkopfaufnähme an der Meßmaschine angeordnet ist.

Bekannt ist ein Xja'ngenmeßtaster mit einem winkelbeweglichen Tastbolzen, der allseitig frei schwenkbar in einem Kugelgelenk gelagert ist·. An dem einen Ende des Tastbolzens ist eine ringförmige Schneide vorgesehen, an welcher mittels eines Tellers eine längsverschieblich gelagerte Übertragungsstange federnd anliegt.

JHeser Taster besitzt erhebliche Nachteile,, die ihn für Präzisionsmessungen mittels Meßmaschinewnicht geeignet erscheinen lasse», weil gerade diese Art und ^eise der .Bewegungsübertragung über 3chnei<de und Teiler -sehr labil und vor allem nicht linear ist. . ,

j?s ist deshalb Ztveck der Erfindung, einen Meßkopf zu schaffen, mit dem Messungen an Prüflingen mit höchster Genauigkeit ausführbar sind und mit dem kürzeste &feßzeiten erreicht werden. ·

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen vorzugsweise für automatische und/oder mehrdimensionale Messungen an Prüflingen geeigneten Meßkopf zu schaffen,, mit welchem trennbare, richtungsabhängige Steuersignale erhalten werden, die für eine Meßwerterfassung und Steuerung geeignet sind«

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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe der Erfindung bei einem Meßkopf vorzugsweise für automatische, mehrdimensionale Meßwerterfassung an Prüflingen mittels ein- oder mehrdimensionaler Meßmaschinen, wobei der Meßkopf in einer Meßkopfaufnähme an der Meßmaschine angeordnet ist und wobei die Meßkopfaufnähme in sechs Koordinatenrichtungen zu einem auf einem Meßmaschinentisch angeordneten Prüfling hin und.von ihm weg bewegbar"und mit Meßsystemen gekoppelt ist, dadurch gelöst,' daß der Meßkopf ein bis fünf Taster umfaßt, von denen jeder in mindestens zv/ei Koordinatenrichtungen auslenkbar angeordnet'und in einer Mittelstellung lagesicher rastbar und durch elektrische Signale während der Bewegung des Meßkopfes "einzeln in'einer der'sechs möglichen Meßrichtungen freigebbar'und mit einer'vorgegebenen' Meßkraft beaufschlagbar ist und in Richtung zum Prüfling'hin eine Vorauslenkung besitzt und daß die Taster vorzugsweise auf elektrische Wandler einwirken.

Dabei besteht eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung darin, daß je ein Hubmagnet den Tastern für jede Meßrichtung zugeordnet ist, der den die Taster aufnehmenden Bügel und/oder die Pinole über ein geeignetes Getriebe in der Mittelstellung rastet bzw. entrastet und Federn spannt bzw. entspannt, so daß eine Meßkraft auf den betreffenden Taster in der einen oder anderen Meßrichtung aufbringbar ist.

fiine einfache Konstruktion ergibt sich, wenn für jedes die Taster aufnehmende Bauteil in jeder Meßrichtung und für die Mittelstellung Induktionsspulen zur Erzeugung der Meßkraft vorgesehen sind,-

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Ferner ist es vorteilhaft, daß durch die Wandler nach dem Anlegen der Taster an den Prüfling im Meßkopf von der Entfernung des Prüflings zur Mittelstellung der Taster abhängige Steuersignale erzeugbar sind, mit deren Hilfe der Bremsvorgang des Heßkopfes zusammenmit der'Meßkopfaufnähme bei der Bewegung zum Prüfling hin'steuerbar ist," und daß beim Erreichen der Mittelstellung,'durch Steuersignale der Wandler bewirkbar, an den Meßsystemen ein dem Meßwert"entsprechender Positionswert der Meßkopfaufnahme'abnehmbar ist.

Die Vorauslenkung der Taster ist größer als der"oder gleich dem Bremsweg der Meßkopf auf nehme ."Für die" Erzeugung der Steuersignale sind induktive, kapazitive," lichtelektrische oder pneumatische Wandler vorgesehen.

Der erfindungsgemäße Meßkopf hat"insbesondere"durch die Anordnung von fünf in vorzugsweise vier Koördinate'nrichtungen " auslenkbaren Tastern den Vorteil," daß Prüflinge in einer Aufspannung von fünf Seiten ausmeßbar"sind." Auf diese Weise entfällt das häufige neue Ausrichten der Taster sowie das Ermitteln der Anschlußmaße, wenn eine andere Prüflingsseite ausgemessen wird. Der gesamte Meßvorgang wird beschleunigt, wodurch sich kürzere Meßzeiten ergeben.'

Die Erfindung soll nachstehend an einem.Ausführungsbeispiel näher erläutert werden» In der zugehörigen Zeichnung zeigen . .

Pig.1 und 2 verschiedene Ansichten des Meßkopfes, Fig. 3 schematisch einen Schnitt durch die Ebene der

Taster und

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-INSPECTED

Pig. 4 schematisch einen weiteren Schnitt durch den Meßkopf.

Der erfindungsgemäße Meßkopf umfaßt ein Gehäuse 1, welches in den Figuren gestrichelt angedeutet ist, sowie ein daran befestigtes, kardanisch aufgehängtes Kippsystem, Dieses Kippsystem ist in den Lagern 2; 2·; 3 und 3¹ schwenkbar gelagert, wobei die Lager 2 und 2^f in einem gehäusefesten Bauteil 4 angeordnet sind und "einen Ring 5 "tragen, der die Lager 3 und 3¹ enthält.'Dabei"legen z. B. die Lager 2 und 2' die x-Koordinatenachse'und die Lager ' 3 und 3^f die y-Koordinatenachse fest. Ein Außenr'ohr ^: 6 ist in den Lagern 3 und 3¹ schwenkbar gelagert," in welchem," vorzugsweise in Kugellagern 7 drehbar gelagert,¹eine um die z-Koordinatenachse drehbare Hülse 8 vorgesehen^:ist," welche Rollen 9 "zur* Führung einer in der z-KoordinatenaOhse bewegbaren Finöle besitzt. Durch diese kardanisch^ Lagerung des"Außenrohrs 6 und der darin um die z-Koordinate drehbar angeordneten Teile wird erreicht, daß. die Taster 11; 12; 13 und 14» die an einem, an der Hülse 8 angeordneten Bügel 16 befestigt sind, und der in der Pinole 10 angeordnete Taster 15 in eilen sechs Koordinatenrichtungen auslenkbar bzw. verschiebbar sind und somit Messungen in diesen Richtungen ausgeführt werden können.

Das gesamte kardanisch aufgehängte Kippsystem wird zwecks Arrettierung in einer Mittelstellung mittels Rasthebel 17; 18; 19 und 20 gerastet. Die Entrastung des "iippsystems in einer der obengenannten Koordinatenrichtungen erfolgt durch

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QRlQrNAL »·■;&£ £GT2

Hubmagnete 21* 22; 23 und 24, die mit Umlenkgetrieben 25; 26; 27 und 28, vorzugsweise Kurbelschleifengetrieben, verbunden and, wobei diese Umle'nkgetriebe gleichzeitig mit der Verbindungsstelle 29; 30; 31 und '32 · jeweils zweier'hintereinander angeordneter, die MeSkraft 'erzeugender federn '33 und 34; ■ 35 und 36; 37 ,und 38 sowie "39 "und 40 in Verbindung stehen und die Anker'der'Hubmagnete ~?1; "22; " 23 und 24 die eine oder die andere Feder'spannen bei'gleichzeitiger Auslenkung des Kippsystems in "einer "gewünschten Koordinatenrichtung bzw. Drehung des an der Hülse ' 8 * befestigten, die Taster 11; 12; 13 "und ^:H aufnehmenden ' Bügels 16 um die z-Koordinate» So bev/irkt der'Hubmagnet "21 eine Schwenkung des gesamten Kipp'systems um die y-Koordinatenachse, indem die Bewegung des Ankers dieses Hubmagneten "21 über das Umlenkgetriebe 25, die Federn 33 "bzw„ "34₉ " über eine diese Federn führende Führungshülse "41 "sowie Übertragungsglieder 42 und 43' auf das Außenrohr 6 übertragen wird. Zur Schwenkung des Kippsystems um die χ-Koordinatenachse wird die Bewegung des Ankers des Hubmagneten 23 · über das Umlenkgetriebe 27, die Federn 37 bzw. 3&, eine Führungs» hülse 44 auf entsprechende, mit dem Ring 5 verbundene Übertragungsglieder 45 übertragen. Zur Drehung des an der Hülse 8 angeordneten Bügels 16 um die z-Koordinate ist der Hubmagnet 24 vorgesehen, dessen Anker über das Ümlenkgetriebe 28, die Federn 39, baw. 40 sowie über eine Führungshülse 46 und eirYan der Hülse 8 befestigten Über-

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tragungsglied 47 die Hülse 8 um einen bestimmten Winkel bewegt. "

Die Verschiebung der in der Hülse 8 auf den Rollen gelagerten Pinole 10 in einer Richtung der z-^Koordinatenachse bewirkt der Anker des Hubmagneten ' 22 über das Umlenkgetriebe 26, die Federn 35 bzw. 36, ~ eine Pührung"shülse 48 und ein an der Pinole 10 befestigtes Übertragungsglied

Die Verschiebung der inder'Hülse " 8 "auf den Rollen " gelagerten Pinole 10 in einer Richtung der z-Koördinatenachse bewirkt der Anker des Hubmagneten ^: 22 " über"das'Umlenkgetriebe 26, die Federn 35 bzw. "-36, ""eine Führungshülse 48 und ein an der Pinole 10 'befestigtes Übertragungsglied '49.

Zur Umwandlung der Beträge der'Schwenkung des Kipp-'systems'um die"x-"oder^: y-Koordinatenachse, der Drehung des Bügels 16 ' um den Winkel ^* um die z-Koordinatenachse, Sowie des Betrages der Verschiebung der Pinole 10 in Richtung der z-Koordinate in weiterverarbeitbare elektrische Signale sind vorzugsweise elektrische Wandler 50; ' 51; 52 und 53, z. B. Differentialtransformatoren, vorgesehen. Es können auch Wandler vorgesehen werden, -die auf induktiver, kapazitiver, lichtelektrischer und auch pneumatischer Basis arbeiten.

Für die Schwenkung dea Kippsysteme um die y-Koordinatenachse ist unterhalb der Ebene der Lager 2· 2·; 3 und 3' im Meßkopf der Wandler 50 vorgesehen, auf den die Schwenkbewegung des Ringes 5 durch Übertragungsteile 54 übertragen wird. Die Schwenkbewegung des Kippsystems um die x-Koordinaten-

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achse wird in analoger Weise durch Teile 55, die am Außenrohr 6 befestigt sind, auf den Wandler 51 übertragen und der Betrag der Schwenkung in entsprechende elektrische Größen umgewandelt.

Der elektrische Wandler 52 wandelt, die Drehwinkelbeträge ψ der Hülse 8 und des daran befestigten Bügels 16 , in elektrische Signale um.' Hierzu wird der Wandler 52 durch ein an'der Hülse 8 " befestigtes"Glied 56 beaufschlagt. Der Wandler " 53 ist"über'einen Hebel 57 mit der Pinole 10 verbunden und wandelt die Verschiebungsbeträge der Finole 1Ö parallel zur z-Koordinatenachse in entsprechende elektrische Signale um. ,

Der erfindu.ngsgemc.Se ließkopf ist in einer auf Führungen in Richtung der drei Koordinatenachsen verschiebbaren l/[e:?kopfauf nehme (in den Figuren nicht i arge st el It) aer.IJe3masch.ine angeordnet, wobei die Meßkopf auf nehme mit I:Ie3sy steinen gekoppelt ist. Zur Messung wird er zusammen mit der ZZe 3kopf auf nähme an den auf der I£eßmaschine angeordneten Prüfling von Hand oder automatisch herangeführt. Dabei wird Jeweils einer der Taster 11 bis 15 in der gewünschten Meßrichtung mit einer der Federn 33 bis 40 vorausgelenkt. Die Steuerung der Geschwindigkeit der Heßkopfaufnähme mit dem Meßkopf bei automatischer Heranführung derselben an den Prüfling erfolgt wie folgt* ITach der Berührung eines voräusge lenkt en Tasters mit einer Prüflingsfläche wird der Taster durch die Meßkopf bewegung" in Richtung auf seine Mittelstellung hin entgegen der Vorschubrichtung des Tießkopfes zurückgeschwenkt. Je nach Stellung des

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Tasters werden in dem entsprechenden, mit diesem Taster zusammenwirkenden Wandler unterschiedliche elektrische Steuersignale erzeugt, durch welche die Geschwindigkeit des zum Prüfling hin bewegten Meßkopfes schrittweise verringert wird, bis beim Erreichen der Mittelstellung die Geschwindigkeit. Null beträgt. Tn dieser Stellung wird durch den Wandler ein elektrisches Steuersignal erzeugt, welches dem Meßsystem zugeführt wird und bewirkt, daß im Meßsystem ein dem Meßwert analoges Ausgingssignal erzeugt wird, welches z. B. in einem Rechner zur Steuerung der Meßmaschine oder zur Anzeige eines Meßwertes weiterverarbeitbar ist.

So wird z. B. bei Messungen in Richtung der z-Koordinate mit Hilfe des in der Pinole 10 angeordneten Tasters 15 der Anker des Hubmagneten 22 in Pfeilrichtung (Fig. 1) bewegt, wobei der Rasthebel 18 die Pinole 10 entrastet. Gleichzeitig wird die Pinole 10 in der Pfeilrichtung um einen vorher einstellbaren Betrag verschoben und die Feder gespannt. Diese Feder 36 erzeugt auch die Meßkraft, mit der der Taster 15 am Prüfling anliegt. Bei der Bewegung des Meßkopfes in Richtung auf den Prüfling hin, wird die Pinole 10 entgegen der Pfeilrichtung verschoben und wirkt dabei über den Hebel 57 auf den Wandler 53 ein. "Dieser erzeugt je nach stellung der Pinole 10, also je nach Verschiebung der Pinole aus ihrer MittelGtellung entsprechende elektrische Steuersignale, durch welche, wie oben ausgeführt, die Geschwindigkeit des bewegten Meßkopfes bis auf UuIl herab

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in vorgewählten Stufen oder stufenlos gesteuert wird. In der Mittelstellung der Pinole 10 wird ein entsprechendes elektri-' sches Steuersignal im Wandler erzeugt und dein Me ßsy st em zugeleitet, welches wiederum "ein dem Meßwert entsprechendes Aus-? gangssignal erzeugt, welches zur- Weiterverarbeitung, ζ. B, in einem Re'chner," weitergeleitet wird. Hierbei ist es vorteilhaft, daß der durch die"Steuersignale gesteuerte Bremsweg der · Meßkopfaufnähme größer als die oder gleich der Vorauslenkung der Pinole "10 ist."

In analoger Weise"erfolgt der Meßvorgang mit den übrigen ■ Tastern 11; 12; 13 und 14 in den entsprechenden Koordinatenrichtungen.

Es"mußan'dieser'Stelle bemerkt werden, daß zur Erzeugung der Meßkraft und "zur Arretierung der die Taster tragenden Teile außer den Hubmagneten 21; 22; 23 und 24, den damit verbundenen Umlenkgetr'ieben 25; 26; 27 und 28 und den Federn 33 bis 40 auch induktive Baugruppen in Form von Induktionsspulen mit gemeinsamem Anker vorgesehen werden können. . ■ .

In Fig. 2 ist zur Kompensation des Gewichtes der Pinole 10 eine'Gewichtsausgleichseinrichtung 58 vorgesehen, die über die Mittel 59 und 60 mit der*Pinole 10 zu- ■ sammenwirkt. Es ist weiterhin möglich, den Bügel .16 derart an der drehbaren Hülse 8 anzuordnen, daß die'Finger 61; 62; 63 und 64 des Bügels 16 vom Meßkopf wegzeigen, wie es in Fig. ? dargestellt ist.' ■

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Claims (6)

1. Patentansprüche

   /i7\ -'ießkopf vorzugsweise für automatische, mehrdimensionale Meßwerterfassung an Prüflingen mittels ein- oder mehrdimensionaler Meßmaschinen, wobei der Meßkopf in einer Meßkopfaufnahme an der Meßmgechine.angeordnet ist und wobei die Meßkopfaufnehme in sechs Koordinatenrichtungen zu einem auf einem Meßmaschirientisch"angeordneten Prüfling hin und von ihm weg" bewegbar "und "mit Me ßsy steinen gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der'Meßkopf ein bis fünf Taster umfaßt, von denen"jeder"In mindestens'zwei Koordinatenrichtungen auslenkbar"angeordnet"und in einer Mittelstellung lagesicher rastbar'und durch "elektrische Signale während der Bewegung des Meßkopfes einzeln in einer der sechs möglichen Meßrichtungen freigebbar und mit einer vorgegebenen Meßkraft beaufschlagbar ist und in Richtung zum Prüfling hin eine Vorauslenkung besitzt, und daß die Taster auf vorzugsweise elektrische Wandler einwirken.
2. 2. Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je ein Hubmagnet den Tastern für jede Meßrichtung zugeordnet ist, der den die Taster aufnehmenden Bügel und/oder die Pinole über ein geeignetes Getriebe in der Mittelstellung rastet bzw. entrastet und Federn spannt bzw. entspannt, so daß eine Meßkraft auf den betreffenden Taster in der einen oder anderen Meßrichtung aufbringbar ist.

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3. 3. Meßkopf nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für ;jedes. die Taster aufnehmende Bauteil in jeder Meßrichtung und für die Mittelstellung Induktionsspulen zur Erzeugung der Meßkraft vorgesehen sind, . '
4. 4. Meßkopf nach Anspruch 1 bis 3_f dadurch gekennzeichnet, daß durch die Wandler im Meßkopf nach dem Anlegen der Taster an.den Prüfling von der Entfernung des Prüflings zur Mittelstellung der Taster'abhängige Steuersignale erzeugbar sind, mit deren Hilfe der'Bremsvorgang des. Meßkopfes zusammen mit der Meßkopfaufnähme bei'der Bewegung zum Prüfling hin steuerbar ist,: und daß beim Erreichen dieser Mittelstellung, durch Steuersignale der Wandler bewirkbar, an den Meßsystemen ein dem Meßwert entsprechender Posit ionswert der Meßkopfaufnähme abnehmbar ist.
5. 5. Meßkopf nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorauslenkung de* Taster größer als der oder gleich

   dem Bremsweg der Meßkopfaufnähme ist. ,
6. 6. Meßkopf nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß induktive, kapazitive, lichtelektrische oder pneumatische Wandler vorgesehen sind. .

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