DE2363232A1

DE2363232A1 - Statisch ausgerichtete messkopfanordnung

Info

Publication number: DE2363232A1
Application number: DE19732363232
Authority: DE
Inventors: Frederick S Schiler
Original assignee: Portage Machine Co
Current assignee: Portage Machine Co
Priority date: 1973-12-19
Filing date: 1973-12-19
Publication date: 1975-06-26

Description

Λ£ύΙ\ M»rno ⁸⁰⁰⁰ München 40,

HP'ne, Eisenacher. Straße 17

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Fernsprecher: 51013 ' ^r ?f,\.

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^Ref-^: MO 4545 B/ks

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19. Dezember 1973

Portage Machine Company, 1025 Sv/eitzer Avenue, Akron, Ohio, USA

Statisch ausgerichtete Meßkopfanordnung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßkopfeinheit Eur Verwendung im Zusammenhang mit Anreiß- und Prüfmaschinen ähnlichen Meßgeräten mit einer Verbesserung im Hinblick auf die Verwendung eines mechanischen Schwenkgestänges, welches zu einer gewünschten mechanischen Übersetzung zur Erreichung einer verstärkten Empfindlichkeit führt, und richtet sich insbes. auf die Verwendung von Gegengewichten zum statischen Ausgleich der Schv/enkgelenkbauteile am Meßkopf, so daß die Verwendung in Vibrationsuingebung möglich ist, ohne daß die Arbeitsweise des Meßkopfes beeinflußt v/ird.

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In der Inspektionsindustrie kennt man "bereits Meßköpfe verschiedenster Arten, wobei die Meßköpfe als Fühlerspitze der Inspektionseinheit arbeiten, so daß sie beispielsweise den Ort eines genauen Punktes auf einem Maschinenteil anzeigen. Bei den derzeit geforderten hohen Genauigkeiten .ist es wichtig, daß der Meßkopf extrem empfindlich und genau ist, wobei häufig die Umgebung, innerhalb der der Meßkopf arbeiten soll, nicht die besten Arbeitsbedingungen zur Verfügung stellt.

Meßköpfe dieser Art eignen sich insbes. für Anreißmaschinen nach der US-PS 3 069 778 oder bei Inspektionsmaschinen nach der US-PS 3 279 079.

Die Verwendung solcher Meßköpfe auf solchen Maschinen ist insbes. deshalb besonders vorteilhaft, weil diese Maschinen dreidimensionale Messungen längs der X-, Y- und Z-Achse liefern sollen. Der später noch näher beschriebene erfindungsgemäße Meßkopf liefert automatisch zweidimensionale Ablesungen in jedem Arbeitsbereich.

Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung" eines Meßkopfes, dessen Empfindlichkeit durch Verwendung von gelenkig gelagerten Lenkergliedern gesteigert wird, die in geeigneter ¥eise miteinander verbunden sind, um derart ein großes Bewegungsausmaß auf den Kontaktarm bei vergleichsweise kleinem Bewegungsäusmaß des Meßkopf armes hervorzurufen.

Weiter sollen durch die Erfindung die Arbeitscharakteristiken eines solchen Meßkopfes verbessert werden _} indem man geeignete Gegengewichte derart einsetzt, daß die Lenkerglieder immer in statischem. Gleichgewicht ohne Rücksicht auf die Meßkopfstellung sind.

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Die Erfindung erstrebt ferner die Schaffung eines Meßkopfes, der einer Inspektionseinrichtung zugeordnet werden kann, so daß Ablesungen auf zwei Achsen für jeden gegebenen Punkt während des Arbeitsvorganges möglich sind.

Die Erfindung soll im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 eine auseinandergezogene schematische Darstellung zur Wiedergabe der Hauptbauteile des erfindungsgemäßen Meßkopfes;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Übersetzungsverhältnisse während der Bewegung des Meßkopfes;

Fig. 3 eine Draufsieht auf die zusammengebauten Teile
bei abgenommenem Deckel;

Fig. 4 eine der Fig. 3 ähnliche Darstellung zur WMergabe einer abgeänderten Ausführungsform des Erfindimgsgegenstandes, wobei eine andere Art eines Steuerarni" mechanismusses verwendet ist;

Fig. 5 eine schematische perspektivische Ansicht des Einsatzes des erfindungsgemäßen Meßkopfes an einer
Anreißmaschine, wie sie von der Anmelderin hergestellt und vertrieben wird; und in

Fig« 6 eine scheraatische perspektivische Anseht des Meßkopfes, der in einer Inspektionsmaschine verwendet ist, wie sie von der Anmelderin hergestellt und vertrieben wird.

Die allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnete' Meßkopfanordnung enthält ein Gehäuse 11 und einen Befestigungs-

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adapter 12, durch den der Meßkopf 10 beispielsweise auf das Ende des Querarmes einer Anreißmaschine nach Fig. 5 angesetzt werden kann, wobei die Meßkopfanordnung 10 so montiert ist, daß sich-die Anordnung 10 um die Drehachse drehen kann, so daß der Meßkopfteil 14 Dimensionen längs der X-, Y- und Z-Achsen abnehmen kann.

Das Gehäuse 11 enthält eine Deckwand 20, eine Bodenwand 21, eine Rückwand 22, eine innere Abschlußwand 23 und eine vordere Meßkopfwandfläche 24 mit einer Öffnung zwischen der Wand 24 und dem vorderen Ende der unteren Wand 21, wie sich deutlich aus Fig. 1 entnehmen läßt. An den geeigneten Wandgliedern ist unter Verwendung von Schrauben in üblicher Weise ein Deckel 26 befestigt, der das Gehäuse und die darin während des Normalbetrie.be s sitzenden Bauteile verschließt.

Zu den oben erwähnten Bauteilen ist die Rückwand 22 des . Gehäuses mit Gewindeö'ffnungen 30. und 31 versehen, v/ob ei fluchtende Öffnungen 30a und 30b in Bändern 62 und 63 vorhanden sind. Die Bänder lassen sich auf den Anschlaggliedern 10a, 10a befestigen, so daß sie einstückig mit dem Gehäuse 10 sind, wie- man am deutlichsten aus Fig. 1 erkennen kann. Durch diese Anordnung können Stifte 34, 34 und 34a, 34a mit angespitzten Enden entsprechend in Eingriff mit den gegenüberliegenden Edelsteinlagern 50, 50 der Kontaktarmanordnung 32 und gegenüberliegenden Edelsteinlagern 40a, 50a der·Meßkopfanordnung 33 verschraubt werden, so daß diese Bauteile bezüglich des Gehäuses 10 schwenkbar gelagert sind.

Wie später noch im einzelnen erläutert werden wird, verbindet der Draht 36 die Kontaktarmanordnung 32 und die Meßkopfarinanordming 33 derart, daß die Schwenkbewegung eines dieser Bauteile zu einer simultanen Schwenkbewegung des - anderen Bauteiles führt.

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Die Kontaktarmanordnung 32 enthält einen nicht leitenden Kontaktarm 40, der einen Schlitz 41 aufweist, der sich quer an einem Ende zur Aufnahme eines metallischen Kontaktelementes 42 (einschließlich eines Kontaktdrahtes) erstreckt, der sich in Kontakt mit dem Kontakt 43 bzw. 44 bei einer Verschwenkung des Meßkopfgliedes 14 bewegt. Ein erstes Gegengewicht 45 umgibt den Arm 40, wobei, wie aus den Fig. 1 und 3 erkennbar ist, dieser Arm an seinem Platz durch eine Schraube 46 fixiert ist. Die Anordnung ist derart gewählt,."daß" die Schraube vorzugsweise nur den Arm berührt, um das Gegengewicht auf jeder gegebenen Längsstellung auf dem Arm einstellen zu können.

Ein zweites Gegengewicht 47 umgibt den Arm 40 und die Anordnung dieses Gegengewichtes umfaßt ferner zusätzliche Gegengewichtselemente 47a, 47a, die an dem Gegengewicht 47 befestigt sind, wie Fig. 1 der Zeichnungen erkennen läßt. Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist das Vorhandensein erster und zweiter Gegengewichte, wobei die Kontaktarm— anordnung 32 einen Schwenkpunkt aufweist, der durch die Edelsteinlager 50, 50 definiert ist und um den alle Schwenkungen vollzogen werden. Ein besonderes Merkmal der Erfindung ist der Ausgleich des Kontaktarmes derart, daß er um diesen Punkt bei Fehlen einer Bewegung des Meßkopfes 14 nicht schwenkt. Zu diesem Zweck sind Gegengewichte derart angeordnet, daß das durch das Gewicht nach links bezüglich des Schwenkpunktes 50 erzeugte Kraftmoment genau gleich dem Kraftmoment ist, das vom Gewicht rechts vom Schwenkpunkt 50 erzeugt wird (Fig. 1). Auf diese Weise gleichen die KraftiBomente einander aus mit dem Ergebnis, daß ein extrem stabiler Meßkopfbauteil entsteht.

Bei der Konstruktion der Meßarmanordnung 33 finden viele ähnliche Bauanordnungen Verwendung, wie man aus den Fig. 1 und 3 erkennen kann.

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Die Meßkopfarmanordnung 33 enthält einen Halter 51, in dem der Meßkopf 14 lösbar aufgenommen ist, wobei eine Feder mit einer Rolle 53a sich über den Meßkopf in Form der Meßnadel 14 legt, um diese normalerweise innerhalb der Grenzen der Tasche 52 zu halten. Wenn die Nadel auf eine Kraft in Achsrichtung trifft, dann kann der runde Kopf 14a der Meßkopfnadel auf die geneigte Wandung 54 aufgleiten, so daß Beschädigungen vermieden v/erden. Der Hauptteil 51 enthält ferner vorzugsweise einen vorspringenden Arm 51a, der ein Gegengewicht 55 aufnimmt, wie sich besonders deutlich aus den Fig. 1 und 2 entnehmen läßt. Auch hier wird das gleiche Prinzip der Verwendung ausgeglichener Kraftmomente angewendet mit dem Ergebnis, daß das von den Teilen links vom Schwenkpunkt 5a erzeugte Kraftmoinent identisch mit dem Kraftmoment ist, das von dem Gewicht rechts (Fig. 1)'vom Schwenkpunkt 50a erzeugt wird.

Es mrde früher bereits darauf hingewiesen, daß der Draht 36 die Kontaktarmanordnuiig 32 und die Meßkopfarmanordnung 31 derart verbindet, daß die Meßkopf- oder Meßnadelbewegung zu einer verstärkten Bewegung des Gliedes 42 infolge einer Hebelanordnung führt, wie sie in Flg. 2 der Zeichnungen schematisch dargestellt ist. In dem Gegengewicht 47 und im vorderen Teil des Armes 51a sind geeignete Schütze vorgesehen, so daß Stifte in die Öffnungen 60 und 61 eingesetzt werden und damit als Verbindungspunkt für den Draht 36 dienen können.

Bei Benutzung der verbessertem Meßkopf anordnung soll zuerst davon ausgegangen werden, daß die Bauteile im Zustand nach Fig. 3 zusammengebaut sind.

Wird nunmehr eine Kraft aus Richtung des Pfeiles H aufgenommen, dann bewegt sich die Meßkopf nadel nach unten, so daß

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sich das Ende 51 nach oben bewegt. Der Draht 36 verursacht eine ähnliche Hubbewegung des rechten Teiles der Kontaktarmanordnung 32, so daß der Kontakt 42 mit dem Kontaktelement 44 in Berührung kommt.

Verläuft andererseits die Kraft in Richtung des Pfeiles V, dann bewegt sich die Meßnadel nach oben, so daß e5.ne umgekehrte Gestängebewegung erzeugt wird, die dazu führt, daß der Arm 42 auf dem oberen Kontakt 43 trifft. Vorzugsweise stellen die Kontakte 42, 43 und 44 eine elektrische Verbindung her, so daß bei Herstellung des Kontaktes der Kreif3~ erregt wird und.Daten in bekannter Weise ausdruckt, die für den Punkt bezeichnend sind, wo sich der Meßkopfarm bezüglich der X-, Y- und Z-Achsen befindet.

'Hinsichtlich der X-, Y- und Z-Achsen gibt der Pfeil H natürlich die Kraft wieder, die bei einem Weg längs der Z-Achse angetroffen wird, wobei eine solche Bewegung representativ für die Einwärts- und Auswärtsbewegung des Querarmes der oben erwähnten Anreißmaschine ist$ -#ie sie in Fig. 5 darge~ stellt ist und von der Anmelderin selbst hergestellt wird. Der Buchstabe V bezeichnet eine Kraft, die representativ für die Bewegung längs der Y-Achse ist, eine Bewegung dos Armes nach oben und unten auf der senkrechten Säule*

Die verbleibende Achse ist die X-Achse und diese gibt eine Bewegung des Fußes quer auf der Tischfläche wieder. Ein Abstand 3.ängs dieser Achse läßt sich erhalten durch Einstellen der Meßkopfanordnung um 90°.

Somit können durch Einstellen des Meßkopfes 10 um seine Drehachse 13 Messungen in allen drei Achsen, nämlich der X-, der Y- und der Z-Achse vorgenommen werden.

Die in Fig. 4 wiedergegebene abgeänderte Ausführungsform

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der Erfindung.verwendet ein ähnliches Gestängesystem, wie .es oben im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 3 beschrieben worden ist, mit der einzigen Ausnahme, daß das berührende Ende der Kontaktmeßkopfanordnung 32 so abgeändert ist, daß eine lichtaussendende Einheit,80 entsteht, die so montiert ist, daß sie vom Gegengewicht 47 vorragt und den Arm 40 nach den Fig. 1 bis 3 ersetzt. Diese Einheit ist von bekannter Bauart und emittiert einen Lichtstrahl nur nach unten auf eine Siliziumphotozelle, die in Fig. 4 mit dem Bezugszeichen 90 bezeichnet ist. Die Einheit 90 ersetzt dis Kontakte 43 und 44 nach den Fig. 1 und 3 und besteht im wesentlichen aus einer oder mehreren photoelektrischen Zellen, die unterschiedliche elektrische Ladungen abhängig von der auf sie auftreffenden Lichtmenge aussenden.

Wenn der Ort des aufgenommenen Lichtes sich ändert, emittiert die photoelektrische Zelle einen abweichenden Strom, der elektrisch ein Signal erzeugt, um Einrichtungen zu erregen, die sofort ausdrucken, beispielsweise die Sondenstellung längs einer gegebenen Achse, so daß dadurch noch genauer jegliche Meßkopfbewegung kompensiert wird, die vor dem Ausdrucken auftreten könnte. Die Wirkungsweise der Meßkopfanordnung nach Fig. 4 ist im wesentlichen die gleiche wie diejenige der Meßkopfanordnung nach den Fig. 1 bis 3.

Patentansprüche:

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Claims

P a t e nt a η s ρ rüche

1. Meßkopfanordnung zur Verwendung in Anreiß- oder Inspektionsmaschinen, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (1.1) mit einem offenen, die Meßnadel o. dgl. aufnehmendem Ende (2.4) und einem geschlossenen Kontaktende (23) mit wenigstens einem darin vorgesehenem Kontaktelement (43,-44); durch eine Kontaktarmanordnung (32),die schwenkbar um einen festen Schwenkpunkt (50) innerhalb des Gehäuses gelagert ist und ein Kontaktende (42) aufweist, das in und außer Eingriff mit dem Kontaktelement (43$ 44) bei einer Schwenkbewegung, um den Schwenkpunkt' kommt; durch eine Meßkopf- oder Meßnadelanordnung (33), die um einen festen Schwenkpunkt (50a) an dem Gehäuse im Meßkopfaufnähmeende montiert ist und einen Meßnadelteil (14) aufweist, der durch das offene Ende zum Kontakt mit einer Werkstückoberfläche vorsteht; durch ein Lenkerglied (36), das die restlichen Endteile der Kontaktarmanordnung (32) und der Meßkopfanordnung zur Herstellung eines Lenkergestänges verbindet, wobei die verbundenen Enden des Gestänges auf der entgegengesetzten Seite dor entsprechenden Schwenkpunkte entgegengesetzt zum. Kontaktende und dem Meßköpfende liegen und eine Bewegung der Meßkopfspitze zu einer Bewegung des Kontaktendes in und außer Eingriff mit dem Kontaktelement führt; und durch ein Gegengewicht (45> 47, 55) auf wenigstens einer Armanordnung, das statisch das Gestänge zur Stabilisierung des Meßkopfes ausgleicht*

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Kontaktendteil des Gehäuses zv*ei Kontaktelemente vorgesehen sind, wobei der Kontakt zwischen einem Kontaktelement und dem Kontaktende der Kontakarmanordnung eine

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Dimension längs einer Bewegungsachse, der Kontakt zwischen dem restlichen Kontaktelement und dem Kontaktende der Kontaktarmanordnung eine Dimensio.n auf einer Achse anzeigt, die rechtwinklig zur ersten Bewegungsachse steht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktarmanordnuiig und die Meßkopfarmanordnung identischen Kraftmomenten auf entgegengesetzten Seiten ihre entsprechenden Schwenkpunkte ausgesetzt und damit statisch unter normalen Betriebsbedingungen ausgeglichen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gestängeverbindung derart gewählt ist, daß die Bewegung des Meßkopfes über einen gegebenen Abstand zu einer Bewegung des Kontaktendes über einen Abstand führt, der ein mehrfaches-Vielfaches des vom Meßkopf durchlauf enen Abstandes ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement eine photoelektrische Zelle aufweist, die eine unterschiedliche, vom Ort des von der Lichtaufnahmefläche aufgenommenen Lichtstrahles abhängige Spannung aussendet, wobei die Kontaktarmanordnung einen ausgesendeten Lichtstrahl aufweist, der normalerweise von der Lichtaufnahmefläche der Photozelle aufgenommen wird, der Lichtstrahl sich mit der Kontaktarmanordnung während der Schwenkbewegung mitverschwenkt und. damit der Ort des auf der lichtempfindlichen Fläche der Photozelle aufgenommenen Lichtstrahls geändert wird.

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L e e r s e i t e