DE2440692B1 - Drei-Koordinaten-Wegaufnehmer - Google Patents

Description

• Der Wegaufnehmer besteht aus einem Meßbolzen 2 mit drei rechtwinklig angeordneten Ferritkernen 5, 8, 10 und dem Gehäuse 4 mit den drei zugehörigen Spulensystemen 6,9, 11; das als Membranfeder ausgeführte Halteelement 3 verbindet den Meßbolzen 2 mit dem Gehäuse 4 und gestattet eine räumliche Bewegung der Tastkugel 1 gegenüber dem Gehäuse 4. Die Ferritkerne 5, 8, 10 können im Verbindungsstück 7 geklemmt und somit in den Richtungen der Spulenachsen eingestellt werden.
• Die Spulensysteme 6, 9, 11 sind über die Verschiebehülsen 12 axial einstellbar, so daß die Ferritkerne bei Gebrauchslage des Wegaufnehmers ihre Mittelstellungen in den Spulen einnehmen und etwa Nullanzeige erreicht wird (Grobabgleich). Der Feinabgleich wird elektrisch vorgenommen.
• Die Ferritkerne mit den zugehörigen Spulensystemen bilden die induktiven Meßumformer, deren Wirkungsweise als bekannt vorausgesetzt wird. Drei Trägerfrequenzmeßbrücken liefern die für die drei Meßumformer benötigten Primärspannungen und verstärken die der Stellung des Ferritkernes in der Spule entsprechenden Sekundärspannungen. Die Bauelemente der induktiven Meßumformer nach dem Prinzip Differentialdrossel oder -transformator sowie die zugehörigen Trägerfrequenzmeßbrücken sind im Handel erhältlich.
• Wird die Tastkugel beispielsweise in Richtung der Meßbolzenachse verschoben und damit auch der Fer- ritkern 10 des Meßumformers 11 in Richtung seiner Spulenachse, so bewegen sich die beiden anderen Ferritkerne 5, 8 quer zu den Achsen der zugehörigen Spulen 6, 9. Die beiden letztgenannten Meßumformer bewirken bei Querbewegung ihrer Ferritkerne keine Änderung der Sekundärspannungen. Bei Verschiebungen der Tastkugel in die beiden anderen Meßrichtungen führen die Ferritkerne eine Drehbewegung um den Mittelpunkt der Membranfeder durch. Diese Drehbewegung kann für kleine Drehwinkel näherungsweise als Axialverschiebung der Ferritkerne in den Spulen angenommen werden. Bei einer beliebigen Auslenkung der Tastkugel werden von den drei Meßumformern die Komponenten der tatsächlichen Bewegung aufgenommen.
• Voraussetzung für die Funktionsfähigkeit des Wegaufnehmers ist ein Spiel zwischen den Außendurchmessern der Ferritkerne und den Innendurchmessern der Spulen. Dieses Spiel muß größer als die größten zulässigen Verschiebungen sein.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Drei-Koordinaten-Wegaufnehmer für Anwendungen in der Längenmeßtechnik zur Messung von Bewegungen des Tastelementes gegenüber dem Meßkopfgehäuse, wobei die Messung der räumlichen Bewegung eines Meßbolzens mit Tastkugel in drei unabhängigen Koordinaten-Richtungen mit Hilfe bekannter Meßumformer erfolgt, d a d u r c h gekennzeichnet, daß der Meßbolzen (2) mit dem Meßkopfgehäuse (4) durch ein als Membranfeder ausgebildetes Halte- und Rückstellelement (3) verbunden ist, wobei die Übertragung der drei Koordinatenbewegungen auf die Meßumformer (5, 6; 8, 9; 10,11) durch ein für alle Meßumformer gemeinsames, am Meßbolzen (2) angeordnetes Verbindungsstück (7) erfolgt.
2. 2. Drei-Koordinaten-Wegaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Halte-und Rückstellelement Systeme von Membranfedern oder Membranfedern in Verbindung mit zusätzlichen anderen Federn vorgesehen sind.

   Die Erfindung betrifft einen Drei-Koordinaten-Wegaufnehmer für Anwendungen in der Längenmeßtechnik zur Messung von Bewegungen des Tastelementes gegenüber dem Meßkopfgehäuse, wobei die Messung der räumlichen Bewegung eines Meßbolzens mit Tastkugel in drei unabhängigen Koordinaten-Richtungen mit Hilfe bekannter Meßumformer erfolgt. Durch diese sollen räumliche Bewegungen und Verschiebungen mit hoher Präzision bestimmt werden, um den Anforderungen an die Genauigkeit in der Längenmeßtechnik sowie bei der Automatisierung längenmeßtechnischer Aufgaben gerecht zu werden.

   Es ist bekannt, daß zur Erfassung räumlicher Bewegungen und Verschiebungen Meßköpfe in Verbindung mit Meßmaschinen eingesetzt werden.

   Bei einem bekannten Meßprinzip wird die Verschiebung eines Tastelementes mittels Blattfeder- oder Hebelsystemen in zwei oder drei Komponenten zerlegt.

   Diese Komponenten werden jeweils durch Meßumformer unabhängig voneinander angezeigt (DT-AS 22 42 355 und 2207 270, Druckschriften der Firma Feinprüf sowie »Werkstattstechnik«, 61 [1971], S.809).

   Ähnlicher bekannter Meßprinzipien sind mit optischen Bauelementen und zusätzlichen Antrieben für die Koordinatenbewegungen (DT-Gbm 73 27 514) oder mit einem kardanisch aufgehängten Kippsystem und einer Pinole (DL-PS 92 567) oder mit einem kugelgeführten Meßbolzen (DT-OS 20 19 895, DL-PS 99 221) ausgeführt.

   Ein anderes bekanntes Meßprinzip geht davon aus, daß bei einigen Meßumformern in einem bestimmten Meßbereich eine Verschiebung des beweglichen Teils senkrecht zur Hauptmeßrichtung keine Anzeigeänderung bewirkt. Bewährt haben sich z. B. induktive Meßumformer, die aus einem Spulensystem und einem beweglichen Ferritkern bestehen (R 0 h r b a c h, Handbuch für elektrisches Messen mechanischer Größen, VDI-Verlag, 1967). Beim Messen in der Ebene werden zwei Meßumformer rechtwinklig angeordnet, wobei bei einer Verschiebung des einen Ferritkernes des in- duktiven Meßumformers dieser in Richtung seiner Spulenachse verschoben wird, und der andere Ferritkern sich senkrecht zur Achse der zugehörigen Spule bewegt (DT-OS 18 04 253; »Messen und prüfen«, 7, 1971, S.442 bis 444).

   Für Messungen auf Meßmaschinen ist ein Wegaufnehmer nötig, der räumliche Bewegungen mit hoher Präzision aufnehmen und in die vorgegebenen Koordinatenrichtungen aufteilen kann. Die bisher bekannten Mehr-Koordinaten-Wegaufnehmer eignen sich entweder nur für Messungen in der Ebene (zwei Koordinaten) oder sind bei Ausführung in mehr als zwei Koordinaten sehr aufwendig.

   Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, insbesondere für Messungen auf Drei-Koordinaten-Meßmaschinen einen Wegaufnehmer der eingangs genanten Art zu schaffen, der eine möglichst kleine Bandgröße aufweist und eine reibungsfreie, direkte Übertragung der Bewegung des Meßbolzens auf die Meßumformer gewährleistet, wobei eine wirtschaftliche Fertigung mit wenigen Bauteilen und geringem Justieraufwand gegeben sein muß.

   Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Meßbolzen mit dem Meßkopfgehäuse durch ein als Membranfelder ausgebildetes Halte- und Rückstellelement verbunden ist, wobei die Übertragung der drei Koordinatenbewegungen auf die Meßumformer durch ein für alle Meßumformer gemeinsames, am Meßbolzen angeordnetes Verbindungsstück erfolgt.

   Als Halte- und Rückstellelement sind auch andere Federelemente anwendbar. Besonders vorteilhaft ist der Einsatz eines Systems von Membranfedern oder von Membranfedern in Verbindung mit zusätzlichen Federelementen, um die elastischen Eigenschaften des Wegaufnehmers in den drei Koordinaten-Richtungen abzuwandeln. Für eine Ausführung des erfindungsgemäßen Wegaufnehmers eignen sich alle Meßumformer, bei denen in einem bestimmten Bereich Verschiebungen senkrecht zur Hauptverschiebungsrichtung des einzelnen Meßumformers keine nennenswerte Änderung ergeben, z. B. induktive, kapazitive, photoelektrische und pneumatische Meßumformer.

   Der erfindungsgemäße Wegaufnehmer läßt sich sowohl als Indikator in Meßsystemen zum Einstellen von vorgegebenen Meßwerten im Raum als auch als Sollwert-lstwert-Vergleicher in automatisch arbeitenden Meßsystemen bei der Steuerung von Bewegungsabläufen benutzen.

   Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mit diesem Wegaufnehmer räumliche Bewegungen mit hoher Präzision reibungsfrei erfaßt, gemessen oder gesteuert werden können.

   Durch die einfache kostengünstige Bauweise, die Verwendung weniger, meist handelsüblicher Bauteile und dem geringen Justieraufwand kann dieser Wegaufnehmer besonders wirtschaftlich eingesetzt werden.

   Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit induktiven Meßumformern ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschreiben.