DE2547478C2

DE2547478C2 - Meßanordnung

Info

Publication number: DE2547478C2
Application number: DE19752547478
Authority: DE
Inventors: Alfons DipL-Ing 8000 München Spies
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 1975-10-23
Filing date: 1975-10-23
Publication date: 1977-11-10
Also published as: DE2547478B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Feststellen der Abweichungen von der Geradheit oder Ebenheit eines Prüfling* mit Hilfe eines Meßtasters, dessen Tastbolzen am Prüfling anliegt, wobei der Meßtaster an einer Führung quer zur Meßrichtung verschiebbar ist.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 22 08 004 ist bereits eine Geradheitsmeßvorrichtung bekanntgeworden. Bei dieser wird ein Tastbolzen in Richtung eines Laserlichtbündels über die Prüflingsoberflächc bewegt. Dabei vollführt der Tastbolzen quer zur Lichtstrahlenrichtung verlaufende Hubbewegungen, die auf eine Blende im Laserlichtbündel übertragen werden. Durch die Hubbewegungen des Tastbolzens wird die Höhe des Schattenstreifens im Laserlichtbündel geändert, und es ergeben sich entsprechende Veränderungen des verbleibenden Laserlichtbündels, welche in einem fotoelektrischen Detektor in elektrische Meßwerte umgesetzt werden. Bei Geradheitsmeßvorrichtungen dieser Art kann es zu störenden Schwankungen des Las?rlichtbündels und somit zu Meßfehlern kommen.

Die deutsche Auslegeschrift 12 37 334 zeigt ein hochgenau arbeitendes vertikales Längenmeßgerät mit einer Meßpinole, die mit einem Ausgleichsgewicht über ein federndes Hebelsystem verbunden ist, so daß die nachteilige Auswirkung der beim Aufsetzen der Meßpinole auf einen Prüfling verursachten Schwingungen weitgehend verringert und die Meßgenauigkeit erhöht wird.

Im deutschen Gebrauchsmuster 75 07 398 ist eine Längenmeßeinrichtung beschrieben, bei der eine Kompensation von Fehlern, die durch Deformation des Maßstabes auftreten können, dadurch erreicht wird, daß sich die Abtastbaueinheit direkt an der die Teilung

α Fläche des Maßstabes abstützt und ein

_lragen e ^ ^^ ^ neutralen Faser des Maßstab-

^Mlt"prs angekoppelt ist. Die vorgenannte Längenmcß-

• vhtunß beruht auf dem Prinzip der inkrementalen

^ein -«,ine wie z. B. im deutschen Gebrauchsmuster 5 Wegmessung

13 290 beschrieben.

Ä ifeabe der Erfindung ist es, eine Anordnung der . "JL genannten Art zu schaffen, die frei von Trhteilen bekannter Anordnungen ist und die une h he Meßgenauigkeit auch bei sich ändernden Umwelt- io

Müssen besitzt und die sich auch durch eine einfache, kompakte Bauform auszeichnet, die eine vielseitige

^AlDieⁿErnndung löst die gestellte Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Maßnahmen. ,5

Die Meßanordnung nach der Erfindung zeichnet sich α ,rch hohe Genauigkeit sowie durch einfache kompak-, Bauweise aus. Sie ist ferner einfach zu justieren, vielseitig anwendbar und ermöglicht eine bequeme Ablesung der Meßwerte. ^

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 schematisch eine Anordnung nach der

^Erp" "feinen Schnitt nach der Linie 11-11 der F i g. 1.

Der Prüfling 1, der eine ebene oder zylindrische Form hetzen kann, wird von einem Tastbolzen 2 abgetastet. Der Tastbolzen 2 ist Bestandteil eines Meßwertaufnehmers der im Ausführungsbeispiel ein digitaler elektrischer Längenmeßiaster mit inkrementaler Wegerfas-_ς,._η2 ,st Digitale Meßtaster sind bekannt z. B. aus dem Hitschen Gebrauchsmuster 75 06 036. Bei inkrementalen Meßtastern werden die Meßwerte an einem elektronischen Vor-/Rückwärtszähler (nicht dargestellt) in Ziffernform angezeigt. Ein für den im AusführungsheisDiel gezeigten Längenmeßtaster besonders geeigneter Zähler findet sich im deutschen Gebrauchsmuster 74 13 290 Durch die Verwendung eines digitalen Meßtasters bei der Erfindung ergeben sich mehrere Vorteile Ein wesentlicher Vorteil digitaler Meßtaster ist der große Meßbereich bei hoher Genauigkeit. Außerdem ermöglichen sie eine bequeme Ablesung der Meßwerte und/oder eine Weiterverarbeitung oder Soeicherung der Meßwerte.

Der MeßTaster ist über einen Trägerkörper 3 quer zur Meßrichtunß - die durch den Pfeil 4 angedeutet ist ÄS angeordnet. Die Führung für den Meßt, ster-Trägerkörper 3 wird durch einen Hohlkörper gebildet an dessen Innenflächen sich der Tierkörper Ser Wälzlager 6 abstützt. Der Hohlkörper 5 ,st ein stranegezogenes Aluminium-Profil.

ZuHConfioHe der Führung 5 wird ein Laserhchtbundel 7 herangezogen, das die Bezugsgerade definiert Der Laser »Tst'usammen mit dem Hohlkörper 5 auf einem Gestell 9 angebracht. Erfindungsgemäii wird dabei das Laser ichtbündel 7 vom Hohlkörper 5 im Bereich der gesamten Meßstrecke umschlossen. Der Innenraum des Hohlkörpers 5 ist evakuiert. Die zur Erzeugung de Vakuums notwendige Pumpe ist in der Zeichnung5 nidu dargestellt. Durch die Abschirmung des Laserhchtbun_ des 7 und Evakuierung des das Laserhchtbundel 7 unmittelbar umgebenden Raumes sind störende Senkungen des die Bezugsgerade definierenden Laserlichtbündels 7 ausgeschaltet.

Der Hohlkörper 5 besitzt einen acniiw. uc. ....»».1.. &, biegsamer dachförmiger Dichtlippen 10/11 verschlossen^ durch die ein am Trägerkörper 3 vorspringendes Swertförmiges Bauteil 12 hindurchgre.ft. Der Tastbolzen 2 ist durch eine Bohrung 13 im schwertförmigen Bauteil 12 zwangskräftefrei aus dem Hohlkörper 5 herausgeführt. Der Hohlkörper 5 ist an seinen Stirnseiten mittels Deckel 32/33 verschlossen. Der Laser 8 ist am Hohlkörper 5 über eine rohrförmige Membrane 34 angeflanscht. Der Antrieb des Meßtaster-Trägers 3 erfolgt im Ausführungsbeispiel über ein Seil 35, das zweckmäßig am schwertförmigen Bauteil 12 außerhalb des Hohlkörpers 5 angreift und dessen Bewegungsrichtung durch den Pfeil 14 gekennzeichnet ist.

Der Tastbolzen 2 ist im Trägerkörper 3 in einer Präzisionsführung 15 in axialer Richtung beweglich gelagert. Die Präzisionsführung 15 besitzt auch noch eine Verdrehsicherung für den Tastbolzen 2. Am Tasibolzen 2 ist ein Gittermaßstab 18 befestigt, dessen Gitterteilung die geradlinige Fortsetzung der Achse des Tastbolzens 2 bildet. Eine Feder 17, die sich am Ring 16 abstützt, bewirkt eine definierte Andrück'i.raft des ) Tastbolzens 2 am Prüfling I. Der Gittermaßstab 18 wird von einer mit einer Gitterteilung versehenen Abtastplatte 19 abgetastet. Die Abtastplatte 19 ist zusammen mit einer Lampe 20, einem Kondensor 21 sowie dem Träger 22 für die fotoelektronischen Bauelemente 23/24 an einem Halter 25 angebracht, der an einem Bolzen 26 befestigt ist. Der Bolzen 26 ist in einer Präzisionsführung 36 im Trägerkörper 3 in Meßrichtung verschiebbar gelagert und in nicht gezeigter Weise gegen Verdrehung gesichert. Der Bolzen 26 besitzt einen Schlitz 27, in den die Gitterteilung 18 berührungslos hineinragt.

Am unteren Ende des Bolzens 26 befindet sich eine elektrische Spule 28, der ein am Trägerkörper 3 befestigter Dauermagnet 29 zugeordnet ist. Die Spule 28 und der Magnet 29 wirken zusammen als Linearmotor. Das Laserlichtbündel 7 ist auf einen Detektor gerichtet, der am Bolzen 26 angebracht ist und im Ausführungsbeispiel zwei fotoelektronische Bauelemente 30/31 enthält, die in Differenz zueinander geschaltet sind und deren verstärktes elektrisches Ausgangssignal die Spule 28 beeinflußt. Beim Kompensationssystem nach der Erfindung wird bei Ablagen des Trägerkörpers 3 von der durch das Laserlichtbündel 7 definierten Bezugsgeraden der Bolzen 26 und somit die Abtastplatte 19 in Meßrichtung verstellt, und zwar soweit, bis auf die beiden fotoelektronischen Bauelemente 30/31 wieder gleich viel Laserlicht fällt, also ein Nullabgleich hergestellt ist.

Durch die Verwendung eines digitalen elektrischen Meßtasters, der bekanntlich einen großen Meßbereich besitzt, sind relativ große Führungsfehler des Trägerkörpers 3 zulässig. Dies vereinfacht die Herstellung der Anordnung nach der Erfindung wesentlich, zumal die Abschirmung 5 auch als Führung für den Meßtaster-Trägerkörper 3 geeignet ist.

Die den fotoelektrononischen Bauelementen 23/24 bzw. 30/31 nachgeschalteten elektrischen Bauelemente (Verstärker usw.) sind außerhalb des Hohlkörpers vorgesehen. Die die elektrischen Bauteile miteinander verbindenden Leitungen sind durch das schwertförmige Bauteil 12 hindurch nach außen geführt und durch dieses von außen in den evakuierten Innenraum des Hohlkörpers 5. Die elektrischen Leitungen sind dabei in den Ausnehmungen im schwertförmigen Bauteil 12 eingegossen.

Bei der im Ausführungsbeispiel gezeigten Anordnung ergeben sich durch das Zusammenwirken von digitalem Meßtaster, einer die Abschirmung und Führung für den Meßtaster-Trägerkörper 3 verkörpernden Baueinheit

sowie durch ein Kompensationssystem, das direkt auf den digitalen Meßtaster bzw. auf eine Baueinheit desselben einwirkt, folgende Vorteile:

1. hohe Genauigkeit, auch über den großen Meßbereich,

2. Störsicherheit, da Laserlichtbündel im Vakuum,

3. einfache Bauweise sowie kleine, kompakte Bauform,

4. einfache Justage, da bei Verwendung eines digitalen Meßtasters größere Justagefehler zwischen dem Meßtaster bzw. der Meßtasterführung 5 und dem Prüfling I zulässig sind.

5. vielseitige Anwendbarkeit,

6. bequeme Ablesung der Meßwerte.

Die Erfindung ist aber nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern es sind im Rahmen der Erfindung selbstverständlich auch Abwandlungen denkbar. So ist es z. B. auch möglich, zwei Teilbündel als Bezugsgerade vorzusehen, die durch Aufspaltung des Laserlichtbündels mittels eines Kösters-Prismas erzeugt sind und die stets symmetrisch zur

ίο Symmetrieebene des Kösters-Prismas liegen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Feststellen der Abweichungen von der Geradheit oder Ebenheit eines ΙΊ ' 'igs mit i Hilfe eines Meßtasters, dessen Tastl ...cn am Prüfling anliegt, wobei der Meßtastei an einer Führung quer zur Meßrichtung verschiebbar ist, gekennzeichnet durch die Vereinigung der Merkmale, daß

a) zur Kompensation von Führungsfehlern ein die Bezugsgerade definierendes Laserlichtbündel (7) benutzt wird, das ein Hohlkörper (5) zur Abschirmung gegen Umwelteinflüsse umschließt, wobei der Hohlkörper (5) zweckmäßig auch die Führung für den Trägerkörper (3) des Meßtasters bildet,

b) der am Prüfling (1) anliegende Tastbolzen (2) im Trägerkörper (3) axial beweglich gelagert ist und mit einer Baueinheit (18) eines Meßwertaufnehmers direkt verbunden ist, die mit einer zweiten, an einem ebenfalls in Meßrichtung im Trägerkörper (3) beweglichen Bolzen (26) angebrachten Baueinheit (19) zusammenwirkt, und

c) an dem zweiten im Trägerkörper (3) beweglichen Bolzen (26) ein das Laserlichtbündel (7) empfangendes, vorzugsweise zwei in Differenz geschaltete fotoelektronische Bauelemente (30, 31) enthaltendes Detektorsystem angebracht ist, das die Abweichungen des Bolzens (26) von der durch das Laserlichtbündel (7) definierten Bezugsgeraden erfaßt und ein Verstellsystem (28, 29) beeinflußt, welches direkt auf eine Baueinheit (19) des Meßwertaufnehmers derart einwirkt, daß bei Führungsfehlern die vorgenannte Baueinheit (19) bis zum Nullabgleich der fotoelektronischen Bauelemente (30, 31) des Detektorsystems verstellt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum des Hohlkörpers (5) evakuiert ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein langgestreckter Hohlkörper (5) vorgesehen ist, an dessen Innenflächen der Trägerkörper (3) für den Meßtaster geführt ist und der zwecks Herausführung des Tastbolzens (2) des Meßtasters einen Schlitz aufweist, der mittels Dichtelemente (10/11), vorzugsweise dachförmiger Dichtlippen, verschlossen ist und daß ferner der Tastbolzen (2) des Meßtasters durch ein schlankes, zweckmäßig schwertförmiges Bauteil (12) am Meßtaster-Trägerkörper (3), das zwischen den Dichtelementen (10/11) hindurchgreift, zwangskräftefrei aus dem Hohlkörper (5) herausgeführt ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (5) ein stranggezogenes Aluminium-Profil ist, an dessen Innenflächen sich der Trägerkörper (3) für den Meßtasler über leichtgängige Führungselemente (6), vorzugsweise Wälzlager, abstützt.

5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daÜ der Tastbolzen (2) Bestandteil eines digitalen elektrischen Längenmeßtasters (18/19) insbesondere mit lichtelektrischer inkrementaler Wegerfassung ist.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstellsystem eine am zweiten beweglichen Bolzen (26) angebrachte elektrische Spule (28) aufweist, die zusammen mit einem am Meßtaster-Trägerkörper (3) vorgesehenen Magneten (29) einen Linearmotor bildet, der vom elektrischen Ausgangssignal des Detektors (30/31) gesteuert wird und der die Abtastbaueinheit (19) des Meßtasters entsprechend den Ablagen von der Bezugsgeraden (7) nachstellt.

7. Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Hohlkörper (5) zugeordnete Laser (8) ortsfest angebracht ist und daß eine Verbindung des Lasers (8) mit dem Innenraum des Hohlkörpers (5) über eine rohrförmige Membrane (34) hergestellt ist.

8. Anordnung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Antriebselement (35) für den Trägerkörper (3) des Meßtasters an dem gegenüber dem Hohlkörper (5) vorspringenden Abschnitt des schwertförmigen Bauteils (12) angreift.

9. Anordnung nach Anspruch !, dadurch gekennzeichnet, daß das Laserlichtbündel (7) vorzugsweise mit einem Kösters-Prisma in zwei die Bezugsgerade definierende Teilbündel aufgespaltet wird, die auf elektrische Detektoren (30,31) gerichtet sind, deren elektrische Ausgangssignale das Verstellsystem (28, 29) zur Kompensation von Abweichungen des Meßtaster-Trägerkörpers (3) von der durch die Laserteilbündel gebildeten Bezugsgeraden beeinflussen.