DE2362173B2

DE2362173B2 - Messtaster fuer intermittierende abtastung

Info

Publication number: DE2362173B2
Application number: DE19732362173
Authority: DE
Inventors: Max Lausanne Kienle (Schweiz)
Original assignee: Tesa S.A, Renens, Vaud (Schweiz)
Priority date: 1973-01-06
Filing date: 1973-12-14
Publication date: 1978-02-09
Also published as: IT1000693B; FR2327031A1; DE2362173A1; FR2327031B1; CH562441A5; DE2362173C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Meßtaster für intermittierende Abtastung nach dem Gattungsbegriff des Hauptanspruchs. Ein derartiger Meßtaster ist beispielsweise in der US-PS 32 55 532 beschrieben.

Die Meßtaster dieser Art haben gegenüber Meßtastern mit kontinuierlicher Abtastung den Vorteil, daß sie sich weniger abnutzen und weniger empfindlich gegen Unterbrechungen der zu messenden Oberfläche (z. B. durch Nuten) sind. Für fortlaufende Messungen benötigen solche Meßtaster jedoch einen Antrieb, der die Meßtaste periodisch auf die Meßfläche absenkt und wieder anhebt. Bei dem erwähnten Meßtaster geschieht dies mit Hilfe eines Exzenters, der die dank der Schwerkraft auf der Meßfläche ruhende Meßtaste periodisch anhebt und wieder losläßt; wenn die Meßgröße einen vorgegebenen Wert über- oder unterschreitet, gibt ein mit dem Meßtaster verbundener Wandler ein Signal ab. Solange das Werkstück normalerweise eine etwa gleichmäßige Dicke besitzt, kann die Meßtaste so eingestellt werden, daß sie jeweils nur kurzzeitig mit dem Werkstück in Berührung ist. Der Meßtaster ist also z. B. für Bleche, Bänder u. dgl. geeignet, nicht aber für fortlaufend mit Materialabtrag bearbeitete Flächen, z. B. an Flächenschleifmaschinen. Wenn nämlich das Werkstück anfangs noch eine große Dicke aufweist, bleibt die Meßtaste fast ständig in Berührung mit der Meßfläche und erfährt dadurch eine rasche Abnutzung.

Bei dem im »Werkstatt und Betrieb« 1956, Heft 11, Seite 629 bis Seite 633, beschriebenen Hubtaster ist das letztere Problem dadurch umgangen, daß die Taste mittels geeignter, auf einen Ringmagneten gegebener Impulse immer nur kurz losgelassen und anschließend sofort wieder in der abgehobenen Lage festgehalten wird. Der freie Fall der Meßtaste führt jedoch leicht zu unkontrollierten Prellerscheinungen; auch ist bei empfindlichen Werkstoffen eine Beeinträchtigung der Oberfläche durch den Aufprall der Meßtaste nicht ausgeschlossen. Ferner leidet die Meßgenauigkeit beim Auftreten von Unterbrechungen und Rauhigkeiten der Meßfläche.

Das Problem der fortlaufenden Dickenmessung von Werkstücken mit mehr oder weniger starken Oberflächenunterbrechungen hat zu vielfachen Lösungsvorschlägen geführt, die aber alle nicht recht befriedigen konnten (vgl. zum Beispiel OE-PS 2 30 108 und DT-PS 7 32 480).

Der im Hauptanspruch gekennzeichneten Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine störungsfreie und weitgehend abnutzungsfreie Abtastung in Abhängigkeit vom jeweiligen, laufend veränderten Bearbeitungszuj stand des Werkstücks auch beim Vorhandensein von Unterbrechungen der Meßfläche zu ermöglichen. Zu diesem Zweck weist der neue Meßtaster einen Speicher für die vom Wandler des Meßtasters abgegebenen Signale, einen an den Speicher angeschlossenen H) Impulsabtaster und ein dem Impulsabtaster beaufschlagtes Steuerelement für Richtung und Geschwindigkeit des umsteuerbar ausgebildeten Zustellmotors auf. Vorzugsweise ist das Steuerelement ein an sich bekanntes monostabiles Kippglied mit einstellbarer Kippzeit.

Auf diese Weise ist es möglich, die Zustellgeschwindigkeit der Meßtaste laufend an den Bearbeitungszustand und die Form der Meßfläche anzupassen, ohne daß die Meßtaste langer als unbedingt nötig auf der Meßfläche ruht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beschrieben. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 die von der Meßtaste beschriebene Bewegungsbahn,

F i g. 2 ein erläuterndes Schema,

Fig. 3 eine schematische Perspektivansicht einer Vorrichtung,

F i g. 4 und 5 erläuternde Schemen der Funktionswei-JO se der in F i g. 3 dargestellten Vorrichtung,

F i g. 6 ein Blockschema einer Steuerschaltung für die Vorrichtung und

F i g. 7 ein erläuterndes Schema.

In der F i g. 1 sind in der Abszisse die Zeit t und in der J5 Ordinate die Verschiebungen der Meßtaste dargestellt. Die erste Annäherungsphase a\ der Taste und der dieser entsprechende Berührungspunkt Pu welcher einer Größe Ci entspricht, deren Messung registriert wird, sind ebenfalls dargestellt. Infolge der Berührung am 4() Punkt P] wird die Taste zu Schwingungen angeregt. Diese Schwingungen beeinflussen jedoch die Messung nicht, da der registrierte Wert am Berührungspunkt P\ abgenommen wird, also bevor die Taste zu schwingen beginnt. Durch Verschiebung der Taste im entgegengesetzten Sinne während einer vorbestimmten Zeit — Phase b\ — kann das Abklingen der Schwingungen abgewartet werden, bevor eine neue Annäherungsphase 32 eingeleitet wird, die zu einem neuen Berührungspunkt Pi führt, und so fort. Dieses Meßprinzip eignet sich insbesondere für Messungen während der Bearbeitung von Werkstücken mit ungleichmäßigen Oberflächen, da infolge des periodischen Abhebens der Taste die Gefahr einer Beschädigung derselben ausgeschlossen ist, dies insbesondere während der Schwingungsphase.
Im Falle eines Werkstückes mit glatter Oberfläche kann, sobald die Berührung stattgefunden und der Berührungspunkt registriert worden ist, die Taste in dieser Meßlage beibehalten werden, dies während eines vorbestimmten Zeitabschnittes, um eine Stabilisierung der Taste zu ermöglichen, bevor eine neue Annäherungsphase eingeleitet wird und die Berührung und Registrierung des Meßergebnisses am neuen Berührungspunkterfolgt.

Im einen wie im anderen Fall befindet sich die Taste nicht fortwährend in Berührung mit dem Werkstück; dadurch werden Fehlmessungen infolge Schwingungen des Werkstückes oder der Werkzeugmaschine ausgeschaltet.

Es ist vorgesehen, die Zustellgeschwindigkeit der Meßtaste zu verändern. In Berücksichtigung der gewünschten Meßpräzision wird die Zuslellgeschwindigkeit der Meßtaste, vorzugsweise in Funktion zu der Vorschubgeschwindigkeit des Werkstückes, während der Bearbeitung des Profils gewählt. Dieser Vorgang ist in Fig. 2 dargestellt, in welcher ein zinnenförmiges Werkstück dargestellt ist, das mit einer Geschwindigkeit ν vorgeschoben wird, wobei die Zinnen durch Zwischenräume a voneinander getrennt sind. In der Abszisse ist die Zeit t dargestellt, während in der Ordinate die Werte ζ eingetragen sind. Ersichtlich ist ebenfalls der Weg öder Meßtaste und der Berührungspunkt P am Meßwert Z2, der kleiner als der genaue Meßwert z\ ist. Der Abstand e zwischen den Meßwerten zi und Z2 entspricht dem Meßfehler der Taste, da letztere zwischen zwei Zinnen des Werkstückes mit diesem in Berührung gekommen ist. Dieser Fehler e muß kleiner als die gewünschte Meßgenauigkeit sein und hängt von der ZusteUgeschwindigkeit der Taste ab. So ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ersichtlich, daß die Zeit, welche von der Taste benötigt wird, um von der

Ebene z\ zu der Ebene z₂ zu gelangen, gleich—ist. Wenn

eine Meßgenauigkeit von 1 μπι gewünscht ist, beträgt die ZusteUgeschwindigkeit der Taste V,

Wie vorstehend erwähnt wurde, ist es vorteilhaft, die ZusteUgeschwindigkeit der Taste in Funktion der gewünschten Meßgenauigkeit, der Vorschubgeschwindigkeit des Werkstückes während des Bearbeitungsvorganges und des Werkstückprofils verändern zu können. Wenn ferner die ZusteUgeschwindigkeit der Taste kleiner als die Bearbeitungsgeschwindigkeit ist, kann eine Berührung nicht erfolgen, und eine Messung ist nicht möglich. Daher muß also die ZusteUgeschwindigkeit der Taste merklich höher als die Bearbeitungsgeschwindigkeit sein. Außerdem muß, in Berücksichtigung der ZusteUgeschwindigkeit der Taste, die Zeit verändert werden, während welcher die Taste im Meßwert gehalten oder im entgegengesetzten Sinn verschoben wird.

Die in der Fig.3 schematisch gezeigte Vorrichtung weist einen teilweise dargestellten Träger 1 auf, in welchem zwei Paar von verformbaren Lamellen 2, 2' und 3, 3' eingesetzt sind. Die Enden der Lamellen 2, 2' sind miteinander durch einen Steg 4 verbunden, während die Enden der Lamellen 3, 3' mit Hilfe eines Steges 5 miteinander vereinigt sind, wobei jedes Lamellenpaar mit seinem Verbindungssteg ein eingefügtes Parallelogramm bildet.
Die Enden der Lamellen 2 und 3 sind mit einer Zunge

^r> 6 und diejenigen der Lamellen 2' und 3' mit einer Zunge 7 verbunden. Die Zungen 6 und 7 tragen eine Meßtaste 8 mit einem Plättchen 9, das sich zwischen die Spulen 10 und 11 eines mit dem Körper 1 verbundenen Wandlers erstreckt. Die genannten Spulen 10 und 11 sind je

κι zwischen den durch die Lamellen 2, 2' und 3, 3' und das Plättchen 9 gebildeten Parallelogrammen angeordnet, wobei das Plättchen 9 den beweglichen Teil des Wandlers darstellt.

Im Träger 1 ist ein Mikro-Elektromotor 12 angeordnet, dessen Drehrichtung umgekehrt werden kann und dessen Welle 13 einen bxzenter 14 trägt, gegen welchen sich ein fester Steg 15 anlegt, der an den Lamellen 2 und 3 befestigt ist und zwischen diese ragt.

Diese Vorrichtung arbeitet wie folgt (F i g. 4 und 5):

Wenn der Molor 12 dreht, wird der Exzenter 14 mitgenommen und der Steg 15. der mit dem Exzenter 14 in Wirkungsverbindur.g steht, verschiebt sich und nimmt die durch die Lamellen und Verbindungsstege 2,2'4 und 3, 3'5 gebildeten Parallelogramme mit. Die Verschiebung dieser Parallelogramme bewirkt eine Verschiebung der Taste 8 und dadurch eine solche des Plättchens 9 zwischen die Spulen 10 und 11 des Wandlers. Wenn die Drehrichtung des Motors 12 umgekehrt wird, wird die Bewegung des Exzenters 14 gewechselt und der Steg 15 wird in entgegengesetztem Sinne bewegt und nimmt demzufolge die Taste 8 und das Plättchen 9 mit. Somit bewirkt eine Umkehrung der Drehrichtung der Motorwelle eine Umkehrung der Verschieberichtung der Taste.

Die Fig. 6 stellt ein Blockschema einer die Vorrichtung steuernden Elektronik dar. Der Wandler 20 ist mit dem Motor 21 und über entsprechende Verstärker- und Dekodierschaltungen 22 mit einem Speicher 23 verbunden. Eine Impuls-Abtastschaltung 24 ist zwischen den Wandler 20 und den Speicher 23 geschaltet. Dieser Impulsabtaster 24 wirkt auf ein Steuerelement 25 (beispielsweise ein monostabiles Kippglied mit einstellbarer Kippzeit), welches den Gang des Motors 21 überwacht.

Die Fig. 7 zeigt den Bewegungsweg der Taste und das nach der Registrierung ies Meßwertes an jedem Berührungspunkt erhaltene Signal. Die ausgezogene Linie stellt die Veränderung des Meßwertes in Funktion der Zeit dar (die Zeit ist in der Abszisse erfaßt und die Meßwerte in der Ordinate). Die gestrichelte Linie stellt den Bewegungsweg der Taste und die strichpunktierte Linie das nach der Speicherung erhaltene Signal dar.

Hierzu 2 Blatt Zeichnuimen

Claims

Patentansprüche:

1. Meßtaster für intermittierende Abtastung bei der Bearbeitung von Meßflächen durch gesteuerte Zustellung der mit einem mechanisch-elektrischen Wandler verbundenen Meßtaste mittels eines Motors, gekennzeichnet durch einen Speicher (23) für die vom Wandler (20) abgegebenen Signale, einen an den Speicher angeschlossenen Impulsabtaster (24) und ein von dem Impulsabtaster beaufschlagtes Steuerelement (25) für Richtung und Geschwindigkeit des umsteuerbar ausgebildeten Zustellmotors (12,21).

2. Meßtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelement (25) ein monostabiles Kippglied mit einstellbarer Kippzeit ist.