DE2248789C2 - Length measuring instrument - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Längen-Meßinstrument mit einem längs des Meßweges auf einer harten Oberfläche abrollbaren Meßrad aus Metall, und mit einer Meßeinrichtung zur Anzeige des Werts der Meßradumdrehung. The invention relates to a length measuring instrument having a length along the measuring path on a hard surface Rollable measuring wheel made of metal, and with a measuring device for displaying the value of the measuring wheel rotation.
Ein derartiges Längen-Meßinstrument ist aus der US-PS 35 61 121 bekannt, welches beispielsweise an einem Drehbankschlitten befestigt werden kann und während eines Arbeitsganges am Drehbankbett entlang fährt, um eine Länge oder einen Hub zu messen. Das Meßrad des Meßinstruments besitzt eine glattpolierte oder in Umfangsrichtung geschliffene Oberfläche und rollt auf einem Abschnitt des Drehbankbettes ab, wenn >o der Schlitten verschoben wird. Ein Präzisionsgetriebe des Meßinstruments setzt die Drehung des Meßrades in eine Anzeige auf einer Skala um. Das Längen-Meßinstrument besitzt eine bestimmte Genauigkeit, mit welcher eine durchlaufene Länge angezeigt wird, ϊΐ Darüber hinaus besitzt das Meßinstrument einen sogenannten Wiederholbarkeitsfehler, welcher bewirkt, daß die Anzeige einen von Null verschiedenen Wert anzeigt, nachdem das Meßinstrument aus der Ursprungsstellung weg und wieder in die Ursprungsstel- wi lung zurück gefahren wurde.Such a length measuring instrument is known from US-PS 35 61 121, which for example at can be attached to a lathe slide and along the lathe bed during an operation moves to measure a length or a stroke. The measuring wheel of the measuring instrument has a smoothly polished one or surface ground in the circumferential direction and rolls on a section of the lathe bed, if> o the slide is moved. A precision gear of the measuring instrument starts the rotation of the measuring wheel an indicator on a scale around. The length measuring instrument has a certain accuracy, with which shows a length that has been traversed, ϊΐ In addition, the measuring instrument has a so-called repeatability error, which causes that the display shows a non-zero value after the measuring instrument has moved from the original position moved away and back to the original position.
Die tieferen Ursachen des Wiederholbarkeitsfehlers in einem derartigen Langen-Meßinstrument resultieren aus der mechanischen Hysterese des Meßrades und der jeweiligen Unterlage, welche sich aus nichtreziproken to elastischen Deformationen ergibt. Die nichtreziproken elastischen Deformationen erzeugen (1) einen Schräg-Ablauf des Meßrades relativ zur Hauptbewegungsrichtung zwischen Meßrad und Meßfläche; (2) Schwankungen im Verkantungswinkel γ des Meßrades relativ zur Meßfläche; und/oder (3) Schwankungen in der Auflagekraft des Meßrades auf der Meßfläche. Diese drei Effekte können entweder gleichzeitig oder einzeln durch nichtreziproke Deformierung der Werkzeugmaschinen und der Befestigungsvorrichtung für das Meßinstrument hervorgerufen werden. Die<;e Deformierung ist »nichtreziprok« insofern, als sie in der einen Bewegungsrichtung auf der Meßfläche einen anderen Wert besitzt als in der Gegenrichtung. Wenn die Deformationen »reziprok« wären, d. h. in einer vorgegebenen Richtung und der zugehörigen Gegenrichtung jeweils denselben Wert besäßen, so würde das Meßinstrument ständig reproduzierbare Ergebnisse liefern. Der Grad an nicht Reziprozität, und damit die Größe des Wiederholbarkeitsfehlers, ist nicht leicht voraussagbar und muß daher empirisch gemessen werden.The deeper causes of the repeatability error in such a length measuring instrument result from the mechanical hysteresis of the measuring wheel and the respective base, which results from non-reciprocal to elastic deformations. The non-reciprocal elastic deformations generate (1) an oblique run of the measuring wheel relative to the main direction of movement between the measuring wheel and the measuring surface; (2) fluctuations in the tilt angle γ of the measuring wheel relative to the measuring surface; and / or (3) fluctuations in the contact force of the measuring wheel on the measuring surface. These three effects can be produced either simultaneously or individually by non-reciprocal deformation of the machine tools and the fastening device for the measuring instrument. The <; e deformation is "non-reciprocal" insofar as it has a different value in one direction of movement on the measuring surface than in the opposite direction. If the deformations were "reciprocal", that is, if they had the same value in a given direction and in the corresponding opposite direction, the measuring instrument would continuously provide reproducible results. The degree of non-reciprocity, and hence the magnitude of the repeatability error, is not easily predictable and must therefore be measured empirically.
Ein derartiges Meßinstrument besitzt relativ zur Meßfiäehe sechs Frciheitsgrade, nämiich die Möglichkeit einer Translation längs jeder der drei Raumrichtungen, und die Möglichkeit einer Drehung oder Schwenkung um jede der drei Achsen. Bezüglich der Meßgenauigkeit und des Wiederholbarkeitsfehlers sind nur drei dieser sechs Freiheitsgrade von Bedeutung. Die Schwenkung des Meßinstruments um eine erste Achse ^Y-Achse) um einen Winkel α erzeugt einen Schräglauf. Die Schwenkung des Meßinstruments um eine zweite Achse f.Y-Achse>, welche zur ersten Achse senkrecht steht, um einen Winkel γ erzeugt eine Änderung im effektiven Durchmesser des Meßrades. Die Translation des Meßinstruments längs der ersten Achse kann zu Schwankungen der Andruckskraft des Meßrades gegen die Meßfläche führen, wodurch die Größe der metallelastischen Verwerfung verändert wird.Such a measuring instrument has six degrees of freedom relative to the measuring field, namely the possibility of translation along each of the three spatial directions and the possibility of rotation or pivoting about each of the three axes. With regard to the measurement accuracy and the repeatability error, only three of these six degrees of freedom are important. The pivoting of the measuring instrument about a first axis (Y-axis) by an angle α creates a skew. The pivoting of the measuring instrument about a second axis fY-axis>, which is perpendicular to the first axis, by an angle γ produces a change in the effective diameter of the measuring wheel. The translation of the measuring instrument along the first axis can lead to fluctuations in the pressure force of the measuring wheel against the measuring surface, as a result of which the size of the metal-elastic distortion is changed.
Der durch die Deformation bedingte Schräg-Ablauf des Meßrades relativ zur Hauptbewegungsrichtung des Meßinstruments (.Y-Achse) besitzt direkt keine besondere Bedeutung. Der Schräglauf des Meßrades erzeugt jedoch eine Veränderung des Verkantungswinkels γ des Meßrades und häufig ebenfalls eine unterschiedliche Andruckkraft des Meßrades auf die Meßfläche während der Bewegung des Meßinstruments in gegenläufigen Richtungen. Eine Translation längs der X-Achsen bringt keine Probleme mit sich. Eine Translation auf einer zur ersten und zweiten Achse senkrecht stehenden Achse (.Y-Achse) ist entweder problemlos wegen des Rutschens des Meßrades parallel zu seiner Drehachse, oder erscheint wegen des kraftbeaufschlagten Andruckes des Meßrads gegen die Meßfläche als Drehung um die .Y-Achse. Die Drehung um die Z-Achse erscheint als eine Translation in .Y-Achsenrichtung.The inclined course of the measuring wheel relative to the main direction of movement of the measuring instrument (.Y-axis), caused by the deformation, has no direct significance. The skew of the measuring wheel, however, produces a change in the tilt angle γ of the measuring wheel and often also a different pressure force of the measuring wheel on the measuring surface during the movement of the measuring instrument in opposite directions. A translation along the X-axes does not pose any problems. A translation on an axis perpendicular to the first and second axis (.Y-axis) is either problem-free because of the sliding of the measuring wheel parallel to its axis of rotation, or appears as a rotation around the .Y-axis because of the force-applied pressure of the measuring wheel against the measuring surface . The rotation around the Z-axis appears as a translation in the .Y-axis direction.
Wegen der verschiedenen Kopplungseffekte zwischen den verschiedenen Freiheitsgraden kann der Schräglauf des Meßgrades Schwankungen im Verkantungswinkel relativ zur Meßfläche und damit im effektiven Raddurchmesser erzeugen. Weiterhin können die Kopplungseffekte bewirken, daß sich ein Schräglauf des Meßrades als Veränderung der Andruckkraft des Meßrades auf die Meßfläche manifestiert. Beide Umstände können zu Wiederholbarkeitsfehlern führen.Because of the different coupling effects between the different degrees of freedom, the Skew of the degree of measurement Fluctuations in the tilt angle relative to the measuring surface and thus in the generate effective wheel diameter. Furthermore, the coupling effects can cause a Skew of the measuring wheel manifested as a change in the pressure force of the measuring wheel on the measuring surface. Either circumstance can lead to repeatability errors.
Aus der genannten US-PS 35 61 121 und insbesondere auch aus der US-PS 35 61 102 sind Maßnahmen bekannt, um den Wiederholbarkeitsfehler zu kompensieren. Das Meßrad wird dabei so iustiert. daß dieMeasures are taken from the aforementioned US Pat. No. 3,561,121 and in particular also from US Pat. No. 3,561,102 known to compensate for the repeatability error. The measuring wheel is adjusted in this way. that the
senkrecht zur Rotationsachse verlaufende Rotationsebene um einen Schräglaufwinkel « um die y-Achse gedreht wird, die senkrecht zur Meßfläche verläuft Das Meßrad ist dadurch geringfügig gegenüber der Bewegungsrichtung schräg geneigt. Bei einer derartigen Justierung liegt der erforderliche Schräglaufwinkel im Bereich von bis zu etwa zwei Winkelminuten. Die Einstellung eines derart geringen Schräglaufwinkels, der genau auf den im Einzelfall vorhandenen Wiederholbarkeitsfehler abgestimmt sein muß, um diesen Fehler zu kompensieren, ist sehr langwierig und erfordert eine hohe Geschicklichkeit.A plane of rotation running perpendicular to the axis of rotation by a skew angle about the y-axis is rotated, which runs perpendicular to the measuring surface. The measuring wheel is slightly opposite to the direction of movement inclined at an angle. With such an adjustment, the required skew angle is Range of up to about two arc minutes. The setting of such a small slip angle, the must be precisely matched to the repeatability error present in the individual case in order to eliminate this error compensating is very tedious and requires a high level of skill.
Aus der DE-PS 5 99 665 ist eine Meßscheibe bekannt, die auf weichen Oberflächen, wie Landkarten, Plänen oder dergl. entlang einer gewünschten Wegstrecke abgerollt wird, um eine Wegstrecke abzufahren und zu messen. Um ein Abgleiten der Meßscheibe auf der Meßfläche zu verhindern, sind senkrecht zur Umfangsrichtung verlaufende, regelmäßig beabstandete, gleichförmige Zähne in den Umfang der Meßscheibe geschnitten. Für Messungen auf harter Oberfläche ist diese bekannte Meßscheibe jedoch ungeeignet, da sie aufgrund ihrer Zahnungen während des Abrollens leicht abgleitet. Bei relativ weicher Unterlage erzeugt die Zahnung der Meßscheibe bei mehrfacher Hin· und Herbewegung längs eines Aufweges eine entsprechende Zahnspur in der Unterlage, in welcher die Zahnung bei jedem erneuten Abrollen geführt wird. Eine Kompensation des Wiederholbarkeitsfehlers, welcher durch Abnutzung des Meßrades und/oder der Meßfläche sowie durch Langzeit-Änderungen der elastischen reziproken Deformierung der Werkstoffe unvermeidlich auftritt, durch entsprechende Justierung des Schräglaufwinkels ist bei der regelmäßigen Umfangszahnung der Meßscheibe nicht möglich, da die Zähne der Meßscheibe ganz unabhängig von einem neu eingestellten Schräglaufwinkel stets wieder formschlüssig in die alte Zahnspur auf der Meßfläche hineinrutschen. From DE-PS 5 99 665 a measuring disc is known that on soft surfaces, such as maps, plans or the like. Is rolled along a desired route in order to travel a route and to measure up. To prevent the measuring disk from sliding off the measuring surface, be perpendicular to the circumferential direction running, regularly spaced, uniform teeth in the circumference of the measuring disc cut. However, this known measuring disk is unsuitable for measurements on a hard surface because it easy due to their serrations during unwinding slides off. In the case of a relatively soft surface, the toothing of the measuring disk produces multiple back and forth Moving back along an on-way a corresponding tooth trace in the base, in which the teeth is guided each time it is unrolled. A compensation for the repeatability error, which by wear of the measuring wheel and / or the measuring surface as well as by long-term changes in the elastic reciprocal deformation of the materials inevitably occurs by adjusting the Skew angle is not possible with the regular circumferential toothing of the measuring disc because the teeth of the measuring disc always form-fit again regardless of a newly set slip angle slide into the old tooth trace on the measuring surface.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Längen-Meßirstrument der eingangs genannten Art anzugeben, welches auch bei häufigem Hin- und Herlaufen des Meßrades auf einer harten Meßfläche genaue Meßergebnisse liefert und eine besonders schnelle und einfache Kompensation des Wiederholbarkeitsfehlers ermöglicht.The invention is therefore based on the object of providing a length measuring instrument of the type mentioned at the beginning indicate which is also the case when the measuring wheel runs back and forth on a hard measuring surface provides accurate measurement results and a particularly quick and easy compensation of the repeatability error enables.
Diese Aufgabe wird bei dem Längen-Meßinstrument der eingangs genannten Art erfindungsgemäß gelöst durch mehrere, auf dem Umfang des Meßrades unregelmäßig beabstandete, durch Schleifen erzeugte Grate, deren Längsachser quer zur Umfangsrichtung des Meßrades verlaufen, und deren mittlerer Abstand voneinander zwischen etwa 0,254 mm und etwa 25,4 χ 10-6 mm liegt.This object is achieved in the length measuring instrument of the type mentioned according to the invention by several irregularly spaced burrs on the circumference of the measuring wheel, produced by grinding, the longitudinal axes of which run transversely to the circumferential direction of the measuring wheel, and their mean distance from one another between about 0.254 mm and about 25.4 χ 10 6 mm.
Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere darin, daß sich die unregelmäßig beabstandeten, durch Schleifen erzeugten Grate, deren Längsachsen quer zur Umfangsrichtung des Meßrades verlaufen, bei mehrfachem Hin- und Herlaufen des Meßrades auf der Meßfläche in die Unterlage einprägen und eine Spur erzeugen, welche die Grate auch bei mehrfachem Abrollen nicht Verlassen, wodurch das Meßrad in derselben Spur zum Ursprung zurückkehrt, in welcher es sich vom Ursprung wegbewegt hat. Der sich einstellende Wiederholbarkeitsfehler ist dadurch sehr gering.The advantages of the invention are in particular that the irregularly spaced apart by Grinding produced burrs, the longitudinal axes of which run transversely to the circumferential direction of the measuring wheel, with multiple The back and forth movement of the measuring wheel on the measuring surface is imprinted on the surface and a track generate, which do not leave the burrs even with repeated rolling, whereby the measuring wheel in returns to the origin on the same track in which it moved away from the origin. Which Adjusting repeatability errors are therefore very low.
Eine Änderung des Schräglaufwinkels α zur Kompensation eines sich durch Langzeit-Einflüsse wie z. B.A change in the slip angle α for compensation one caused by long-term influences such as B.
Verschleiß etc. ändernden Wiederholbarkeitsfehlers läßt sich trotz der in die Meßfläche eingeprägten Spur vornehmen, wenn das Meßrad zuvor von der Meßfläche abgehoben, um seine Rotationsachse gedreht und anschließend auf die Meßfläche mit entsprechend geeignetem neuen Schräglaufwinkel α aufgesetzt wird. Aufgrund der bei einer Neueinstellung des Schräglaufwinkels vorgenommenen Drehung des Meßrades um seine Rotationsachse, und wegen der unregelmäßigen Anordnung und Ausbildung der Grate wird erreicht, daß dieselben Grate beim anschließenden Betrieb des Meßrades nicht wieder in die alte Spur gelangen sondern die alte Spur auslöschen und sich eine neue Spur bildet.Wear etc. changing repeatability error can be made despite the track impressed in the measuring surface if the measuring wheel is previously removed from the measuring surface lifted off, rotated about its axis of rotation and then on the measuring surface with accordingly suitable new slip angle α is placed. Due to the rotation of the measuring wheel made when the skew angle is readjusted its axis of rotation, and because of the irregular arrangement and formation of the ridges that the same burrs do not get back into the old track when the measuring wheel is subsequently operated but erase the old trace and form a new trace.
Als weiterer wesentlicher Vorteil hat es sich gezeigt, daß es zur Kompensation eines festgestellten Wiederholbarkeitsfehlers ausreicht, den erforderlichen Schräglaufwinkel α. relativ grob nachzustellen, da sich das Meßrad auch dann noch in der neu gebildeten Spur vom Ursprung entfernt bzw. wieder in den Ursprung zurückläuft. Selbst bei einem Schräglai'fwinkel, der etwa 8mal größer ist als der bei bekannten ui.nfangsgeschliffenen oder polierten Meßrädern üblicherweise einzustellende Kompensations-Schräglaufwinkel, und der sich daher entsprechend rasch einstellen läßt, bewirkt die Führung der Grate in der durch diese Grate eingeprägten Laufspur, daß ein zuvor vorhandener Wiederholbarkeitsfehler ausreichend genau kompensiert ist.It has been shown as a further essential advantage that it is sufficient to compensate for a repeatability error that has been determined, the required skew angle α. relatively roughly to be readjusted, since the measuring wheel then moves away from the origin or runs back into the origin in the newly formed track. Even with a skew angle which is about 8 times larger than the compensation skew angle usually to be set with known initially ground or polished measuring wheels, and which can therefore be set correspondingly quickly, the guiding of the burrs in the running track impressed by these burrs causes that a previously existing repeatability error is compensated for with sufficient accuracy.
Bevorzugt ist, daß der Winkel zwischen der Flanke eines Grates in der Nähe seines Kammes und einer an das Meßrad angelegten, den Gratkamm beruhenden Tangente wesentlich größer ist als der Haftreibungswinkel zwischen dem Meßrad und der Meßfläche. Durch diese Maßnahme wird ein Schlupf des Meßrades verhindert.It is preferred that the angle between the flank of a ridge near its crest and one at The tangent applied to the measuring wheel and based on the ridge ridge is significantly greater than the angle of static friction between the measuring wheel and the measuring surface. This measure causes the measuring wheel to slip prevented.
Durch die unregelmäßig verteilten Grate ergibt sich ein hoher Reibungskoeffizient zwischen Meßrad und Meßfläche in der Richtung des Meßwagens ohne wesentliche Zunahme des Reibungskoeffizienten quer zum Meßweg. Es hat sich gezeigt, daß zur Erzielung eine? großen Verhältnisses zwischen diesen beiden Reibungskoeffizienten die mittlere Länge der Grate größer als etwa das Dreifache des mittleren Abstandes zwischen den Graten sein sollte. Die durch Schleifen gewonnenen Grate besitzen unterschiedliche Längen. Vorzugsweise wird die mittlere Länge der Grate gleich dem 5— lOfachen des mittleren Abstandes zwischen den Graten gewählt. Ein weiterer Grund für diese Wahl besteht darin, daß sichergestellt werden soll, daß das Meßrad — trotz gewisser geringfügiger Änderungen des Verkantungswinkels oder einer Translation in eine Richtung senkrecht zum Meßweg während eine!» Vorschubs — tatsächlich in der gleichen Spur verbleibt. Wtnn die Grate zu kurz wären, könnte eine kleine Verkantung des Meßrades dazu führen, daß es seine ursprüngliche Spur verfehlt worauf sich wiederum ein Wiederholbarkeitsfehler einstellen würde.The irregularly distributed burrs result in a high coefficient of friction between the measuring wheel and Measuring surface in the direction of the measuring carriage without a significant increase in the coefficient of friction transversely to the measuring path. It has been shown that to achieve a? great relationship between these two Coefficient of friction the mean length of the ridges greater than about three times the mean distance should be between the ridges. The burrs obtained by grinding have different lengths. Preferably, the mean length of the ridges is equal to 5-10 times the mean distance between the Burrs chosen. Another reason for this choice is to ensure that the Measuring wheel - despite certain minor changes in the tilt angle or a translation into a Direction perpendicular to the measuring path during a! » Feed - actually remains in the same track. If the burrs were too short, a small tilting of the measuring wheel could lead to its original track missed, which in turn would result in a repeatability error.
Der maximale mittlere Abstand S zwischen den Graten auf einem R^dumfang wird bestimmt durch die FormelThe maximum mean distance S between the ridges on a circle circumference is determined by the formula
S =S =
wobei Oder Reibung-koeffizient des Meßradmaterials auf der Meßfläche, R der Radradius und K ein Sicherheitsfaktor ist.where Or is the coefficient of friction of the measuring wheel material on the measuring surface, R is the wheel radius and K is a safety factor.
In einem tvr:·. !:.,, Anwendungsfall, in dem ein gehärtetes Siahlrad auf einem Gußeisen- oder Stahltcil einer Werkzeugmaschine verwendet wird, kann ein Reibungskoeffizient von etwa 0.2 vorliegen, und das Rad kann einen Radius von etwa einem Zoll haben. Wenn als , Sicherheitsfaktor 10 gewählt wird, wird ein maximaler Nutenabstand von etwa 40tausendstel Zoll erhalten. Dies ist im wesentlichen ein absolutes Maximum; vom praktischen Standpunkt aus ist ein Maximalwert des mittleren Nutenabstandes von etwa lOtausendstel Zoll im vorzuziehen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Rad so geschliffen, daß der mittlere Abstand zwischen den Graten bei etwa !tausendstel Zoll liegt, wodurch sich außerordentliche Genauigkeit und vorzügliche Wiederholbarkeit ohne wesentliche Herstel- ι-. lungsschwierigkeiten ergeben. Vorteilhafterweise ist der mittlere Abstand der Grate größer als etwa I Mikrozoll. da das Rad dann so glatt ist, daß kein wesentlicher Zuwachs des Verhältnisses der Reibungskoeffizienten erhalten wird. :»In a tvr: ·. !:. ,, Use case in which a hardened steel wheel on a cast iron or steel part A machine tool is used, there may be a coefficient of friction of about 0.2, and the wheel can be about an inch in radius. If a factor of safety of 10 is chosen, it becomes a maximum Groove spacing of about 40 thousandths of an inch preserved. This is essentially an absolute maximum; from the From a practical point of view, a maximum value of the mean groove spacing of about 10 thousandths of an inch is preferable. In a preferred embodiment, the wheel is ground so that the mean distance between the ridges is about! a thousandth of an inch, which results in extraordinary accuracy and excellent repeatability without any significant manufacturing. difficulties arise. Is advantageous the mean spacing of the ridges greater than about 1 microinch. because the wheel is so smooth that no substantial increase in the ratio of the coefficient of friction is obtained. : »
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.Advantageous refinements of the inventions are listed in the subclaims.
Die Zeichnungen veranschaulichen ein Längen-Meßinstrument an einem Ausführungsbeispiel, und zwar zeigt .'iThe drawings illustrate a length measuring instrument in one embodiment, namely shows .'i
Fig. A-C das Längen-Meßinstrument nach dem Stand der Technik:Fig. A-C the length measuring instrument according to the State of the art:
F ι g. I eine Seitenansicht eines Meßrades gemäß der Erfindung;Fig. I is a side view of a measuring wheel according to FIG Invention;
F i g. 2 eine Seitenansicht eines Ausschnittes aus dem Umfang des Meßrades gemäß F i g. 1 undF i g. 2 shows a side view of a section from the circumference of the measuring wheel according to FIG. 1 and
Fig. 3 eine schematische Darstellung der Grate auf dem Meßrad gemäß Fig. 1.3 shows a schematic representation of the ridges the measuring wheel according to FIG. 1.
In den F i g. A. B und C ist in einem Gehäuse 10 ein bekanntes Meßrad 11 drehbar befestigt. Das Meßrad 11 erstreckt sich mit einem kleinen Teil seiner Peripherie durch die Gehäusebegrenzung. Ein Knopf 12 ist an das Meßrad 11 angeschlossen und trägt nicht dargestellte Eichmarken. die auf der Oberseite des Längen-Meßinstrumentes ablesbar sind. Eine volle Umdrehung des -to Knopfes 12 entspricht einer vollen Umdrehung des Meßrades 11. Innerhalb des Gehäuses 10 ist ein nicht dargestelltes Übersetzungsgetriebe ohne toten Gang angeordnet, das das Meßrad 11 mit einer Skala 13 verbindet, die in tausendstel Zoll oder hundertstel Zentimeter je nach Wunsch geeicht ist. Die Eichmarken au.f dem Knopf 12 ergeben somit eine Grobanzeige des vein dem Meßrad zurückgelegten Weges, während ein Skalenzeiger die zugehörige Feinanzeige liefert. Da das Meßrad einen Umfang von 152.4 mm besitzt, wiederholt sich die Meßanzeige jeweils nach dieser Strecke.In the F i g. A. B and C is in a housing 10 a known measuring wheel 11 rotatably attached. The measuring wheel 11 extends with a small part of its periphery through the housing boundary. A button 12 is on that Measuring wheel 11 connected and bears calibration marks, not shown. those on the top of the length measuring instrument are readable. One full turn of the -to button 12 corresponds to one full turn of the Measuring wheel 11. Inside the housing 10 is a transmission gear, not shown, without a dead gear arranged that connects the measuring wheel 11 with a scale 13, which is in thousandths of an inch or hundredths Centimeter is calibrated as required. The calibration marks on the button 12 thus give a rough indication of the vin the distance covered by the measuring wheel, while a The dial pointer supplies the associated fine display. Since the measuring wheel has a circumference of 152.4 mm, repeat the measurement display after this distance.
Das Längen-Meßinstrument ist auf einem bewegbaren Schlitten 14 einer Drehbank mittels eines Halters 16. der hier nur schematisch dargestellt ist, befestigt. Das Meßrad 11 des Längen-Meßinstrumentes steht in Reibschluß mit einem festen Abschnitt 17 der Drehbank. Dieser Reibschluß wird durch eine über den Halter 16 auf das Gehäuse 10 wirkende Spannkraft bewirkt Wenn somit der Schlitten 14 längs des Drehbankbettes läuft, rollt das Meßrad 11 längs des Abschnittes 17 ab,«) wodurch der Knopf 12 und die Skala 13 gedreht werden. Durch Ablesen am Knopf 12 und an der Skala 13 kann die zurückgelegte Länge ermittelt werden.The length measuring instrument is on a movable slide 14 of a lathe by means of a holder 16. which is only shown schematically here, attached. That Measuring wheel 11 of the length measuring instrument is in frictional engagement with a fixed section 17 of the lathe. This frictional engagement is brought about by a clamping force acting on the housing 10 via the holder 16 thus the carriage 14 runs along the lathe bed, the measuring wheel 11 rolls along the section 17, «) whereby the knob 12 and the scale 13 are rotated. By reading the button 12 and the scale 13 you can the length covered can be determined.
In die F i g. A, B und C sind kartesische Koordinaten bezüglich der Meßfläche, auf der das Meßrad 11 abläuft, b5 eingetragen. Die Richtung X stellt die Hauptrichtung des MeSweges iängs des Abschnittes 17 dar. Die X-Achse ist etwa eine Tangente zu dem Meßrad 11. Die Z-Achse weist senkrecht /ur llauptrichtung des Radweges und etwa parallel /ur Drehachse des Rades. Die V'-Achse isi senkrecht zur Λ'-Achse und zur Z-Achse und die Λ ) -Ebene ist etwa die Ebene, in der das Meßrad 11 liegt.In the F i g. A, B and C are Cartesian coordinates with respect to the measuring surface on which the measuring wheel 11 runs, entered b5. The direction X represents the main direction of the measuring path along the section 17. The X-axis is approximately a tangent to the measuring wheel 11. The Z-axis points perpendicular to the wheel path and approximately parallel to the axis of rotation of the wheel. The V 'axis is perpendicular to the Λ' axis and to the Z axis and the Λ ) plane is approximately the plane in which the measuring wheel 11 lies.
Ein Winkel \ ist als Drehung um die V-Achse definiert (F i g. C). Dieses wird als der »Schräglauf« des Meßrades Il bezeichnet. Der in F i g. A dargestellte Winkel γ ist ein Maß der Drehung des Meßrades 11 um die Λ'-Achse und wird als »Verkantung« bezeichnet. Man beachte, daß in den Zeichnungen die Winkel λ und γ zu Erläuterungszwecken stark übertrieben dargestellt sind. Man beachte außerdem, daß bei der Einstellung der Winkel die Mittelpunkte der tatsächlichen Drehungen häufig nicht mit dem Mittelpunkt des Koordinatensystems zusammenfallen. Ihre genaue Lage wird durch den jeweils gewählten Halter )6 bestimmt. Das Meßrad 11 besitzt vorzugsweise einen relativ größeren Radius und damit Umfang an einer Seite 21 und einen relativ kleineren Radius an einer anderen Seite 22, wobei die dazwischenliegende Oberfläche der Peripherie gekrümmt ist. In dem in den F i g. A, B und C dargestellten Meßinstrument liegt die Linie maximalen Radumfangs in einer Ebene senkrecht zur Raddrehachse und befindet sich näher an der unteren Seite des Meßrades 11 als an der oberen Seite. Wenn das Meßinstrument so ausgerichtet ist. daß die Drehachse des Meßrades 11 senkrecht zur V'-Achse liegt (Winkel γ = 0). dann berührt die Linie maximalen Radumfanges den feststehenden Abschnitt 17 der Drehbank. Wenn das Meßinstrument um den Winkel γ (F i g. A) verkantet wird, dann liegt die Kontaktstelle zwischen dem Meßrad 11 und dem festen Abschnitt 17 auf einer Linie kleineren Umfangs.An angle \ is defined as a rotation around the V-axis (Fig. C). This is referred to as the "skew" of the measuring wheel II. The in F i g. A shown angle γ is a measure of the rotation of the measuring wheel 11 about the Λ 'axis and is referred to as "tilt". Note that the angles λ and γ are greatly exaggerated in the drawings for explanatory purposes. It should also be noted that when adjusting the angles, the centers of the actual rotations often do not coincide with the center of the coordinate system. Their exact position is determined by the holder selected in each case) 6. The measuring wheel 11 preferably has a relatively larger radius and thus circumference on one side 21 and a relatively smaller radius on another side 22, the intermediate surface of the periphery being curved. In the FIG. A, B and C measuring instrument shown, the line of maximum wheel circumference lies in a plane perpendicular to the wheel rotation axis and is closer to the lower side of the measuring wheel 11 than to the upper side. When the measuring instrument is oriented like this. that the axis of rotation of the measuring wheel 11 is perpendicular to the V'-axis (angle γ = 0). then the line of maximum wheel circumference touches the stationary section 17 of the lathe. If the measuring instrument is tilted by the angle γ (Fig. A), then the contact point between the measuring wheel 11 and the fixed section 17 lies on a line of smaller circumference.
Der Halter 16 weist nicht dargestellte Justiereinrichtungen auf. So kann die Stellung des Meßinstrumentes Iängs der V'-Achse durch einen Schwalbenschwanz justiert werden. Zusätzlich zur Justierung in der V-Richtung sind Einrichtungen vorgesehen, die auf das Meßinstrument eine Federkraft so einwirken lassen, daß ein relativ großer und vorzugsweise im wesentlichen konstanter Anlagedruck zwischen dem Meßrad 11 und der Meßfläche erreicht wird. Diese Kraft sorgt für einen Reibschluß und vermindert die Möglichkeit eines Schlupfes. Die metallelastische Verwerfung, die zur Erzielung der gewünschten Genauigkeit kompensiert werden muß. ergibt sich aus der von dem Meßrad auf einen kleinen Bereich der Meßfläche ausgeübten Kraft. Selbst bei relativ kleinen Kräften kann die metallelastische Verwerfung wesentlich sein, weil der Berührungsbereich gleichzeitig relativ klein ist. Der Effekt nimmt mit steigender Kraft nichtlinear zu, und es wird daher eine relativ große Andruckkraft bevorzugt ur die Größenänderung dieses Effektes zu verkleinern.The holder 16 has adjusting devices (not shown). So can the position of the measuring instrument Be adjusted along the V'-axis by a dovetail. In addition to the adjustment in the In the V direction, devices are provided which allow a spring force to act on the measuring instrument in such a way that a relatively large and preferably essentially constant contact pressure between the measuring wheel 11 and the measuring surface is reached. This force creates a frictional engagement and reduces the possibility of one Slip. The metal elastic warpage that compensates for the desired accuracy must become. results from the force exerted by the measuring wheel on a small area of the measuring surface. Even with relatively small forces, the metal-elastic warpage can be significant because the contact area is relatively small at the same time. The effect is increasing nonlinearly with increasing force, and therefore a relatively large pressing force is preferred for the Resizing this effect to make it smaller.
Der Halter 16 weist ferner nicht dargestellte Stellschrauben oder dergl. auf. um das Meßinstrument um die V-Achse um einen Winkel α schräg zu stellen und um das Meßinstrument um die Λ'-Achse um einen Winkel γ abzukanten. Die Bewegung des Meßinstrumentes während der Einstellung des Schräglaufes findet tatsächlich um eine Achse statt, die gegenüber dem Berührungspunkt zwischen Meßrad 11 und Meßfläche verschoben ist Wenn somit der Winkel α verändert wird, kann somit ebenfalls eine geringfügige Drehung des in Berührung mit der Meßfläche stehenden Meßrades 11 eintreten. In ähnlicher Weise wird der Mittelpunkt der Meßinstrumentendrehung aus dem Berührungspunkt zwischen Meßrad 11 und Meßfläche verschoben, wenn die Abkantung verändert wird.The holder 16 also has adjusting screws (not shown) or the like. to tilt the measuring instrument about the V-axis by an angle α and to bend the measuring instrument about the Λ'-axis by an angle γ . The movement of the measuring instrument during the setting of the skew actually takes place around an axis which is shifted from the point of contact between measuring wheel 11 and measuring surface enter. Similarly, the center of the rotation of the measuring instrument is shifted from the point of contact between the measuring wheel 11 and the measuring surface when the bevel is changed.
F i g. I /eigl in Seitenansicht das Meßrad 11, das /um Zwecke tier Erläuterung vergrößert dargestellt ist. Das Meßrad 11 weist eine untere Fläche 21 und eine parallel zu dieser verlaufende, gegenüberliegende obere Fläche 22 auf. Der Umfang 23 des Meßrades besitzt ein gekrümmtes Profil, wobei der Krümmungsradius vorzugsweise größer als der Meßradradius ist und die Kriinimungsmittelpunkte asymmetrisch liegen, so daß die L>r:2 24 von relativ großem Umfang nahe an der unteren Fläche 21 und nicht in der Nähe der oberen Fläche 22 liegt. Der Radumfang ist also in der Nähe der oberen Fläche 22 geringer als der Radurriang in der Nähe der unteren Fläche 21. Durch Abkanten des Meßrades 11 kann daher der wirksame Umfang verändert werden, um jeden gewünschten Genauigkeitsgradzu erhalten.F i g. I / Eigl in side view the measuring wheel 11, which is shown enlarged for purposes of animal explanation. The measuring wheel 11 has a lower surface 21 and an opposite upper surface 22 running parallel to this. The circumference 23 of the measuring wheel has a curved profile, the radius of curvature preferably being greater than the measuring radius and the centers of curvature being asymmetrical, so that the L> r : 2 24 of relatively large circumference close to the lower surface 21 and not in the vicinity of the upper surface 22 is located. The wheel circumference in the vicinity of the upper surface 22 is thus less than the radius in the vicinity of the lower surface 21. By edging the measuring wheel 11, the effective circumference can therefore be changed in order to obtain any desired degree of accuracy.
Das Meßrad 11 ist quer zu seiner Umfangsrichtung geschliffen. Dadurch weist es unregelmäßig verteilte, scharfkantige Grate 26 auf der Lauffläche auf. deren Längsachsen quer zur I Jmfangsrirhtung vpHaiifen.The measuring wheel 11 is ground transversely to its circumferential direction. As a result, it has irregularly distributed, sharp-edged burrs 26 on the tread. their longitudinal axes transverse to the circumferential direction vpHaiifen.
Der größte mittlere Abstand zwischen den Graten 26 beträgt etwa 0.254 mm und der minimale mittlere Abstand zwischen den Graten 26 ist größer als etwa 25.4x10 b mm. Vorzugsweise liegt der mittlere Abstand zwischen den Graten 26 bei etwa 0,0254 mm. was zu optimalen Ergebnissen führt. Der Winkel zwischen der Flanke des Grates 26 in der Nähe seines Kammes und einer an das Meßrad 11 angelegten, den Gratkamm berührende Tangente ist wesentlich größer als der Haftreibungswinkel zwischen dem Meßrad 11 und der Meßfläche. Durch diese Ausbildung wird Schlupf ausges' hlossen. Ferner ist vorgesehen, daß die Grate 26 eine mittlere Länge quer zum Umfang des Meßrades 11 haben, die größer als etwa das Dreifache des mittleren Abstandes zwischen den Graten 26 ist. Dadurch wird erreicht, daß durch die Grate 26 in Umfangsrichtung des Meßrades 11 eine maximale Kraft ausübbar ist, ohne daß die in axialer Richtung ausgeübten Kräfte wesentlich erhöht werden. Dadurch wird weiter erreicht, daß das Meßrad 11 auf der Meßfläche immer der gleichen Spur folgt, trotz geringfügiger Änderungen in der Verkantung des Meßrades 11 oder einer Translation in der Z-Richtung.The largest mean distance between the ridges 26 is approximately 0.254 mm and the minimum mean distance between the ridges 26 is greater than approximately 25.4x10 b mm. Preferably, the mean distance between ridges 26 is about 0.0254 mm. which leads to optimal results. The angle between the flank of the ridge 26 in the vicinity of its ridge and a tangent applied to the measuring wheel 11 and touching the ridge ridge is significantly greater than the angle of static friction between the measuring wheel 11 and the measuring surface. This training prevents slippage. It is further provided that the burrs 26 have an average length transversely to the circumference of the measuring wheel 11, which is greater than approximately three times the average distance between the burrs 26. It is thereby achieved that a maximum force can be exerted through the burrs 26 in the circumferential direction of the measuring wheel 11 without the forces exerted in the axial direction being significantly increased. This further ensures that the measuring wheel 11 always follows the same track on the measuring surface, despite slight changes in the tilting of the measuring wheel 11 or a translation in the Z direction.
F i g. 3 zeigt die Spitze eines Paares von benachbarten Graten 26, die eine Strecke S auseinanderliegen. Der Winkel δ zwischen der Gratflanke und einer Tangente an das Meßrad 11 ist wesentlich größer als der Winkel der Haftreibung zwischen dem Meßrad 11 und der Meßfläche. Das Meßrad besteht aus hartem Stahl, und ist härter als die Meßfläche, so daß die Grate auch nach langer Benutzung nicht brüniert oder abgestumpft werden.F i g. 3 shows the tip of a pair of adjacent ridges 26 that are a distance S apart. The angle δ between the ridge flank and a tangent to the measuring wheel 11 is significantly larger than the angle of static friction between the measuring wheel 11 and the measuring surface. The measuring wheel is made of hard steel and is harder than the measuring surface, so that the burrs are not burnished or blunted even after long use.
Für den Betrieb wird das Längen-Meßinstrument an der Drehbank auf übliche Weise befestigt und die Genauigkeit gemessen. Anschließend wird das Längen-Meßinstrument eingestellt Je nach Erfordernis wird das Meßinstrument zur Veränderung des effektiven Meßradumfanges um einen Winkel γ abgekantet Vor oder nach dem Abkanten des Meßinstruments wird das Meßrad 11 außer Eingriff mit der Meßfläche gebracht, so daß die Grate 26 auf dem Meßrad 11 diese nicht langer berühren. Das Meßrad 11 wird vor seinem erneuten Aufbringen auf die Meßfläche um einen ausreichend großen Winkel gedreht, der sicherstellt, daß die gleichen Grate nicht wieder an der gleichen Stelle auf der Meßfläche aufgesetzt werden. Alternativ kann dieFor operation, the length measuring instrument is attached to the lathe in the usual way and the accuracy is measured. The length measuring instrument is then adjusted.Depending on the requirements, the measuring instrument is bent by an angle γ to change the effective measuring wheel circumference do not touch them any longer. The measuring wheel 11 is rotated by a sufficiently large angle before it is applied again to the measuring surface, which ensures that the same burrs are not placed again at the same point on the measuring surface. Alternatively, the
Wirkung der Drehung des Meßrades 11 auch durch Verschieben des Meßrades Il auf der Meßfläche erreicht werden, wenn dabei ein Abrollen des Meßrades 11 verhindert wird. Dieses schleift jedoch die Kanten der Grate 26 ab.Effect of the rotation of the measuring wheel 11 also by moving the measuring wheel II on the measuring surface can be achieved if the measuring wheel 11 is prevented from rolling. However, this grinds the edges of the ridges 26.
Durch das Verdrehen des Meßrades 11 beim außer Eingriff bringen von Meßrad Il und Meßfläche greifen die ungleichmäßig verteilten Grate nicht wieder in die vorher auf der Meßfläche erzeugte Spur. Ohne ein derartiges Eingreifen wird das Meßrad 11 bei einem erneuten Vorschub frühere Spuren auslöschen und eine neue Spur bilden. Wenn der Vorschub umgekehrt wird, werden die Grate 26 auf dem Meßrad Il der neuen Spur statt der alten folgen. Aus diesem Umstand wird die Wichtigkeit der unregelmäßigen Verteilung der Grate deutlich. Wenn die Grate periodische Abstände hätten, würde die Drehung des Rades keine Wirkung haben, da das Rad notwendigerweise wieder in die alte periodische Spur eingreifen würde, wenn es wieder zurück auf die Meßfläche gebracht wirrlBy turning the measuring wheel 11 when except Bringing the measuring wheel II and the measuring surface into engagement, the unevenly distributed burrs do not engage again track previously generated on the measuring surface. Without such intervention, the measuring wheel 11 is at a Repeated feed erase previous tracks and create a new track. When the feed is reversed, the burrs 26 on the measuring wheel II of the new track instead of following the old one. This fact becomes the importance of the irregular distribution of the ridges clear. If the ridges were periodically spaced, the rotation of the wheel would have no effect there the wheel would necessarily intervene again in the old periodic track when it came back on the measuring surface brought confused
Die Einstellung der Genauigkeit des Längen-Meßinstrumentes weist nur einige wenige Schritte auf. Zunächst wird typischerweise eine sechs Zoll lange Meßlehre benutzt, die mit dem Umfang des Meßrades Il koinzidiert. Ein üblicher Skalentestzeiger wird auf einer der Meßflächen der Meßlehre positioniert und auf 0,0001 Zoll genullt; dies geschieht, nachdem das Gehäuse parallel zur X-Achse auf bekannte Weise ausgerichtet wurde. Das Längen-Meßinstrument wird ebenfalls genullt. Der Schlitten 14 der Drehbank wird dann um genau sechs Zoll vorgeschoben, so daß der Skalentestzeiger auf der zweiten Meßfläche der Meßlehre auf Null zeigt. Jede Abweichung der Anzeige des Längen-Meßinstruments von sechs Zoll stellt eine Abweichung von der Genauigkeit dar. Wenn das Meßinstrument mehr als sechs Zoll anzeigt, bedeutet das, daß der Verkantungswinkel γ reduziert werden muß. Wenn andererseits das Meßinstrument nicht ganz sechs Zoll anzeigt, ist es notwendig, den Verkantungswinke! γ zu vergrößern, bis die gewünschte Meßgenauigkeit erreicht ist.The adjustment of the accuracy of the length measuring instrument has only a few steps. First, a six inch long measuring gauge is typically used, which coincides with the circumference of the measuring wheel II. A standard dial test pointer is positioned on one of the measuring faces of the gauge and zeroed to 0.0001 inches; this is done after the housing has been aligned parallel to the X-axis in a known manner. The length measuring instrument is also zeroed. The slide 14 of the lathe is then advanced exactly six inches so that the dial test pointer points to zero on the second gauge face. Any deviation of six inches in the display of the length measuring instrument represents a deviation from the accuracy. If the measuring instrument shows more than six inches, this means that the cant angle γ must be reduced. On the other hand, if the meter reads less than six inches, it is necessary to adjust the cant angle! γ to increase until the desired measurement accuracy is achieved.
Wie Fig. B zeigt, sind am Gehäuse 10 Puffer 28 ausgebildet. Diese sind parallel zur Ebene des Meßrades 11 geschliffen und liegen etwa 35 mm auseinander. Bei der Grundeinstellung des Längen-Meßinstrumentes wird ein Anzeigeindikator oder dergl. auf dem Drehbankbett befestigt und gegenüber einem Puffer 28 eingestellt. Der Schlitten wird dann so vorgeschoben, daß der Anzeigeindikator gegenüber dem anderen Puffer 28 mißt. Das Längen-Meßinstrument wird dann so justiert, daß das Meßrad 11 parallel zur X-Achse steht. Es genügt jedoch, diese anfängliche Grundeinstellung üis auf eine Abweichung von etwa 0,1 mm zwischen den Puffern 28 vorzunehmen. Auch bei der jetzt an diese Grundeinstellung anschließende Schräglaufeinstellung (Winkel α) ist eine Justierung von derartiger Genauigkeit ausreichend. Der Schräglaufwinkel » des Längen-Meßinstruments wird dabei so justiert, daß der Wiederholbarkeitsfehler kompensiert wird. Der zur Kompensation von Wiederholbarkeitsfehlern einzustellende Schräglaufwinkel α darf etwa 8mal größer als bei bekannten Meßinstrumenten sein, denn auch mit solch einer Einstellung werden genaue Meßergebnisse erzielt Dieses liegt in der Ausbildung der Spur durch das Meßrad 11, der es beim Rückwärtshub folgtAs FIG. B shows, buffers 28 are formed on the housing 10. These are ground parallel to the plane of the measuring wheel 11 and are about 35 mm apart. In the basic setting of the length measuring instrument, a display indicator or the like is attached to the lathe bed and set in relation to a buffer 28. The carriage is then advanced so that the display indicator measures against the other buffer 28. The length measuring instrument is then adjusted so that the measuring wheel 11 is parallel to the X axis. It is sufficient, however, to make this initial basic setting to a deviation of approximately 0.1 mm between the buffers 28. Even with the skew setting (angle α) that now follows this basic setting, an adjustment of such accuracy is sufficient. The skew angle »of the length measuring instrument is adjusted so that the repeatability error is compensated. The skew angle α to be set to compensate for repeatability errors may be about 8 times larger than with known measuring instruments, because precise measurement results are also achieved with such a setting
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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Legal Events
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