DE2440692C2 - Drei-Koordinaten-Wegaufnehmer - Google Patents

Description

CHe 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 raumlicher Bewegungen und Verschiebungen Meßköpfe in Verbindung mit Meßmaschinen eingesetzt werden.

Bei einem bekannten Meßprinzip wird die; Verschiebung eines Tastelementes mittels Blattfeder- oder He- belsystemen in zwei oder drei Komponenten zerlegt Diese Komponenten werden jeweils durch Meßumformer unabhängig voneinander angezeigt (DT-AS 2242 355 und 22 07 270. Druckschriften der Firma Feinpröf sowie »Werkstattstechnik«. 61 [1971], S. 809).

Ähnliche bekannte Meßprinzipien sind mit optischen Bauelementen und zusätzlichen Antrieben für die Koordinatenbewegungen {DT-Gbm 73 27 314) oder mit einem kardanisch aufgehängten Kippsystem und einer Pinole (DL-PS 92 567) oder mit einem kugelge- 55 führten Meßbolzen (DTOS 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 60 lenkrecht zur Hauptmeßrichtung keine Anzeigeänderung bewirkt Bewährt haben sich z. B. induktive Meßumformer, die aus einem Spulensystem und einem be-Jvegiichen Ferritkern bestehen (R ο h r b a c h. Handloch für elektrisches Messen mechanischer Größen, 65 VDI-Verlag, 1967). Beim Messen in der Ebene werden fwer Meßumformer rechtwinklig angeordnet, wobei Wi einer Verschiebung des einen Ferritkernes des induktiven Meßumformers dieser in Richtung seiner Spuienachse verschoben wird, und der andere Ferritkern sich seR&fcchi ζω Achse der zugehörigen Spuk bewegt (DT-OS 180·» 253; »Messen und prüfen«. 7 1971 5 S.442bis444).

Für Mess&agea auf Meßi&iSchJnen ist ein Vr'egaufnehmer uoiig. 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, i insbesondere für Messungen auf Drei-Koordinaten-Meßmasdiinen einen Wegaufnehmer der eingangs genannten Art zu schaffen, der eine möglichst kleine Baugröße aufweist und eine reibungsfreie, direkte Übertragung der Bewegung des Meßbolzens auf die Meßum-

> former 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 Membranfeder ausgebildetes Halte- und Rückstellelement verbunden ist, wobei die Übertragung der drei Koordinatenbewegungen auf die Meßumformer durch eir für alle Meßumformer gemeinsames, am Meßbolzen angeordnetes Verbindungsstück erfolg*..

Als Halte- und RucksteUelement sind auch andere Federelemente anwendbar. Besonders vorteilhaft ist der Einsau eines Systems von Membranfedern oder von Membranfederri 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 eriindungsge,::äSe Wegaufnehmer läßt sich sowohl als Indikator in Meßsystemen zum Einstellen von vorgegebenen Meßwerten im Raum als auch als SoIlwert-Istwert-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 Ausfülhrungsbeispiel der Erfindung mit induktiven Meßumformern ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschreiben.

Der Wegaufnehmer besteht aus einem Meßbolzen 2 mit drei rechtwinklig angeordneten Ferritkernen 5, 8, und dem Gehäuse 4 mit den drei zugehörigen Spu-

u"f^ySt|^eiü^{en 6}'?'^{! 1 :}J^^£'^{S als Membranf}eder ausgeführte Haiicdcinciii: 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 einsteilbar, so daß die Ferritkerne bei Gebrauchslage des Wegaufnehmers ihre Mittelstellun- s gen ir. des Spulen eisnehrocr. und erws Naüsnzcigc erreicht wird (Grobabgleich). Der Fe: nabgleich wird elektrisch vorgenommen.

Die Ferritkerne mit den zugehörigen Spulensystemen bilden die induktiven Meßumformer, deren Wir- ι ο kungsweise ab bekannt vorausgesetzt wire Drei Trägerfrequenzmeßbriicken liefern die für die drei Meßumfotiner 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 Trägerfrequenzmeßbriicken sind im Handel erhältlich.

Wird die Tastkugel beispielsweise in Richtung der Meßbolzenachse verschoben und damit auch der Ferritkern 10 des Meßumformers Il in Richtung seiner SpuJenachse. 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 An dcrüfig uci ScKuiiJäi spannungen. 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. PaisSiäüSpfuCbc:

   *> I. Drei-Koonfinaten-Wegaufnehmer für Anwendungen αϊ der Längenmeßtechnik zur Messung von Bewegungen <!es TasieJssscsiss gejjesübcr den: . McStOpigcuitac, wobei die Messung: der raumüeben Bewegung eines Meßbolzens mit Tastkugel in drei unabhängig«! Koordinaten-Richtungen mi« HiBe bekannter Meßumformer erfolgt dadurch gekennzeichnet, daß der Meßbolzen (2) mit dem Meßkopfgehäuse (4) durch ein als Membranfeder ausgebildetes Halte- und RucksteUelement (3) verbanden ist. wobei die Übertragung der «öei Koordinatenbewegungen auf die Meßumformer (5. 6; 8,9; 19. H) durch ein für alle Meßumformer gemeinsames, am Meßbolzen (2) angeordnetes Verbindungsstück (7) erfolgt

   2 Drei-Koordinaten-Wegaufnehmer nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß als Hahe- und Rückstellelement Systeme von Meinbranfedern oder Meinbranfedern in Verbindung mit zusätzlichen anderen Federn vorgesehen sind