DE2614301A1

DE2614301A1 - Laengenmessinstrument

Info

Publication number: DE2614301A1
Application number: DE19762614301
Authority: DE
Inventors: Clifford Roy Amsbury; Eric Warren
Original assignee: Rolls Royce 1971 Ltd
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1975-04-03
Filing date: 1976-04-02
Publication date: 1976-10-21
Also published as: GB1489310A; DE2614301B2; FR2306425A1; SE7603746L; US4063362A; JPS51123174A; DE2614301C3; CH610653A5

Description

Patentanwälte D:ρ'■.-'<ng. Curt Wallach Dipl.-ing. Günther Koch

9 R 1 L ^ Π 1 Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

¹ ^b ' ^ ^U ' Dipl.-lng. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 ■ Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 2, April 1976

Unser Zeichen: 15 487 K/Nu

Holls-Royce (1971) Limited London, England

Längenmeßinstrument

In Fertigungsbetrieben ist es oft erforderlich, genaue
Längenmessungen in Bereichen von über 25 cm durchzuführen_o Es gibt zahlreiche Instrumente, die benutzt werden können, um genaue Messungen für Abmessungen unter 25 cm durchzuführen, aber die bestehenden Instrumente zum Messen dieser größeren Dimensionen sind oft sehr aufwendig. Außerdem
sind derartige Instrumente oft ungenau bei Temperaturänderungen der Umgebung. Im allgemeinen weisen diese Meßinstrumente eine lange Metallstange auf, die auf die Wärme der Umgebung anspricht und sogar auf die Temperatur der
den Teil berührenden Hände der Bedienungsperson₀ Wenn sehr genaue Messungen erforderlich sind, dann sind diese Temperaturwirkungen oft größer als die scheinbare Genauigkeit
der Messung.

609843/0780

ORIGINAL INSPECTED

Außerdem können Meßinstrumente dieser Bauart eine unterschiedliche Ablesung ergeben in Abhängigkeit von dem Druck, der von der Bedienungsperson bei der Ablesung angewandt wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Instrument zu schaffen, mit dem genaue Abmessungen bis herunter zu Hundertsteln von Millimetern bei Abmessungen über etwa 25 cm durchgeführt werden können, wobei Temperatur und Behandlungsdruck die Genauigkeit der Messung und die Wiederholbarkeit nicht beeinträchtigen.

Die Erfindung geht aus von einem Meßinstrument zum Messen linearer Dimensionen, bestehend aus zwei Schenkeln, die ein Werkstück zu beiden Seiten des zu messenden Abstandes umfassen,und mit einer in Längsrichtung verlaufenden Stange, an der der erste Schenkel fixiert ist (Schublehre). Hierbei wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß ein längs der Stange verschiebbarer Schlitten an einer Vielzahl von im gleichen Abstand zueinander angeordneten Stellen längs der Stange festlegbar ist, daß die Stellungen Meßeinheiten relativ zu dem ersten Schenkel entsprechen und daß der zweite Schenkel auf dem Schlitten parallel zur Längsrichtung der Stange über einen Abstand von wenigstens einer Einheit verschieblich ist.

Vorzugsweise sind Mittel vorgesehen, um die Lage des Schlittens relativ zu dem ersten Schenkel anzuzeigen, und es sind zweite Mittel vorgesehen, um die Lage des zweiten Schenkels relativ zum Schlitten anzuzeigen, wobei die beiden Anzeigen in den Meßeinheiten angeordnet sind, wodurch öle zu messende Größe in IPorm einer zusammengesetzten Anzeige kenntlicji gemacht wird.

Es ist außerdem zweckmäßig _s den zweiten Schenkel

809843/0780

26U301

beispielsweise durch Federkraft vorzuspannen, und zwar entweder nach dem einen Ende oder nach dem anderen Ende seiner Bewegung relativ zum Schlitten, wobei zweckmäßigerweise die Bedienungsperson die Richtung der Vorspannung auswählen kann, je nachdem, ob eine Innenmessung oder eine Außenmessung erforderlich ist.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Instruments, wobei einige Teile aufgebrochen dargestellt sind, um den inneren Mechanismus erkennbar zu machen,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II gemäß Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III gemäß Fig. 1,

Fig. 4- in größerem Maßstab eine Teilansicht in Richtung des Pfeiles E gemäß Fig. 1 und 3,

Fig. 5 ein Blockschaltbild, welches die elektronische Schaltung des Instrumentes darstellt, und

Fig. 6A, 6B und 6C Einzelheiten dieser elektronischen Schaltung.

Das. Meßinstrument gemäß Fig. 1, 2, 3 und 4 ist in der Lage, wahlweise entweder Innenmessungen oder Außenmessungen durchzuführen. Es weist einen festen Schenkel 10 und einen beweglichen Schenkel 11 auf und die Messung wird zwischen diesen Schenkeln vorgenommen, wobei die Innenmessungen

60Ö843/078Q

bei A zwischen den äußeren Bändern der Schenkel "und die Außenmessungen bei B zwischen den inneren Bändern der Schenkel vorgenommen werden.

Wenn die Bedienungsperson eine Dimension mit dem Instrument abzumessen wünscht, muß sie zunächst wissen, wie groß ungefähr diese Abmessung sein wird, und dann kann sie den beweglichen Schenkel 11 so einstellen, daß er gegenüber dem festen Schenkel 10 in etwa dem richtigen Abstand liegt. Der Schenkel 10 ist am Ende der Stange 12 festgelegt, während der Schenkel 11 sich längs der Stange 12 bewegen kann. Die Stange 12 besteht aus zwei Abschnitten, nämlich einem Abschnitt 13» der den beweglichen Schenkel 11 trägt, und einem Fortsatz 14. Der Fortsatz 14 ist einer von sechs Fortsätzen verschiedener Länge. Der Schenkel ist über einen Bereich von etwa 1 cm relativ zu einem Schlitten 15 verschieblich, während der Schlitten 15 in 1 cm-Stufen längs des Stangenabschnitts 13 über die Gesamtlänge von 30 cm längs des Abschnitts 13 beweglich ist. Die Fortsätze 14 bestehen aus einer Serie mit Längen von 30 cm, 60 cm, 90 cm, 120 cm, 150 cm und 180 cm. Venn man demgemäß eine Messung durchzuführen beabsichtigt, die voraussichtlich ungefähr 110 cm erfordert, wählt man den dritten Fortsatz 14 mit einer Länge von 90 cm und kann dann den Schlitten 15 über den Bereich zwischen 90 und 120 cm verschieben. Wenn man (jedoch weiß, daß die gesuchte Abmessung ungefähr 110 cm beträgt (d. h. 20 cm mehr als cm), bewegt man den Schlitten nach einer Stelle ungefähr 20 cm von der minimalen Ablesung entfernt. Dies kann leicht bewerkstelligt werden, weil durch Wahl des betreffenden Fortsatzes 14 die jeweils geeignete Skala in dem Ablesefenster des Instrumentes .erscheint, und wenn der Schlitten so bewegt wird, daß das Fenster 110 cm anzeigt, dann kann man die Stellung des Schlittens relativ zu dem

609843/0780

Abschnitt I3 der Stange verriegeln. Der "bewegliche Schenkel 11 besitzt dann einen Bereich, von etwa 1 cm, über den er relativ zum Schlitten I5 bewegt werden kann, um eine exakte Anpassung an die zu messende Dimension zu bewirken· Die Endstellung des Schenkels 11 relativ zu dem Schlitten 15 wird, soweit es die elektronische Meßschaltung anbelangt, weiter unten beschrieben. Diese liefert eine Messung in drei Dezimalstellen bei Zentimetermessung oder von zwei Dezimalstellen bei Millimetermessung.

Um die Messung durchzuführen, drückt man den Knopf 222 und läßt die Schenkel 10 und 11 am Werkstück zur Anlage kommen, nachdem man zunächst die richtige Stellung des Schlittens 15 ermittelt und diesen in dieser Lage verriegelt hat. Wenn man sich vergewissert hat, daß die Schenkel ordnungsgemäß am Werkstück anliegen, dann wird der Knopf 222 freigegeben und hierdurch wird die elektronische Ablesung des Instrumentes ungefähr eine halbe Minute lang festgehalten, und während dieser Zeit kann das Instrument vom Werkstück abgenommen und die Ablesung aufgezeichnet werden, unabhängig von der Tatsache, daß bei der Entfernung des Instrumentes vom Werkstück der Schenkel 11 nach dem einen Ende seiner Bewegungsbahn relativ zum Schlitten 15 unter seiner Federvorspannung bewegt wird.

Schenkel 11 und Schlitten 15

Wie erwähnt, kann der Schlitten 15 längs des Stangenabschnittes 13 in 1 cm-Stufen verschoben werden. Der Schlitten kann in seiner Stellung durch Eingriff eines mit einem verjüngten Ende ausgestatteten Stöpsels 18 in eines

609843/0780

einer Serie von Löchern 19 formschlüssig verriegelt werden, und diese Löcher sind mit einer Teilung von 1 cm am Oberrand des Stangenabschnittes 13 angeordnet. Venn eine Messung vorgenommen wird bewirkt der Eingriff des Stopfens 18 in ein Loch 19, daß das Fenster 17 mit einer Gravierung der Stange 16 zur Deckung gebracht wird, um die drei wichtigsten Meßziffern zu liefern. Die drei untersten Ziffern werden durch eine Elektronikschaltung geliefert, die die relative Lage von Schenkel 11 gegenüber dem Schlitten 15 mißt. Die Einzelheiten dieser Schaltung werden später erläutert.

Der Schlitten 15 weist ein auf einem Rahmen 21 angeordnetes Gehäuse 20 auf, welches längs des Stangenabschnitts verschoben werden kann. Der Eahmen 21 wird vom Stangenabschnitt 13 auf geneigten gegenüberliegenden Oberflächen eines oberen !Flansches 23 des Stangenabschnitts 13 getragen.

Der Stöpsel 18 ist gemäß Fig. 1 vertikal beweglich. Er trägt einen quer vorstehenden Stift 24, der von einem Hebel 25 erfaßt wird. Der Hebel 25 ist am Gehäuse 20 schwenkbar und an seinem anderen Ende mit einem Plunger 26 verbunden. Der Plunger 26 kann gemäß Fig. 1 nach unten gedruckt werden, um den Stöpsel 18 aus dem Loch 19 gegen den Druck einer nicht dargestellten Feder auszuheben. In der dargestellten Stellung kann der Plunger 26 gedreht werden, wenn der Stopfen 18 in einem Loch in Eingriff steht, um so eine Sockenoberflache 27 zu veranlassen, den Stopfen 18 fsst in das gewählte Loch 19 einzudrücken und so den Schlitten I5 relativ zur Stange festzulegen.

Der bewegliche Schenkel 11 ist mittels gegenüberliegender

609843/0780

26U301

Kreuzrollenlager 30 (Pig. 3) auf der Basis 21 des Schlittens 15 montiert. Diese Lager 30 bestehen aus einer Reihe von Rollen, wobei benachbarte Rollen in der Reihe mit ihren Achsen senkrecht zueinander eingestellt sind (von der Stirnseite her betrachtet). Eine solche Lageranordnung ergibt eine sehr geringe Reibung bei der Bewegung des Schenkels 11. Je nachdem, ob eine Innenmessung oder eine Außenmessung erforderlich ist, kann der Schenkel 11 nach links oder rechts gemäß Pig. 1 mittels einer leder 31 vorgespannt werden, deren unteres Ende gemäß Fig. 1 an der Basis 21 befestigt ist, während das andere Ende der Feder um einen Stift 32 gewickelt ist und in einen Schlitz 33 (Fig. 1) im Stift 32 eingreift. Durch Drehung des Stiftes 32 kann die Vorspannung der Feder 3I geändert werden, um den Schenkel 11 entweder nach links oder nach rechts vorzuspannen. Dies wird durch die Verbindung zwischen Stift 32 und Handgriff 33 bewerkstelligt, der einen Knopf 34- hat, an dem ein Fixierstift 35 befestigt ist. In Fig. 1 ist die Deckplatte, die den Handgriff 33 trägt, abgenommen, aber die beiden alternativen Stellungen für den Stift 35 sind bei 36 bzw. 37 angedeutet. Diese Stellungen werden durch Löcher der Abdeckplatte vorgesehen. Der Handgriff 33 kann um etwa 320° zwischen den Stellungen 36 und 37 verschwenkt werden, wodurch die Feder 31 in der einen oder anderen Richtung aufgewickelt wird.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die Stellung 36, wobei die Abdeckplatte aufgesetzt ist, und hieraus ist ersichtlich, daß, wenn der Stift 35 in dieser Stellung in Eingriff steht, eine Berührung und Betätigung eines Mikroschalters 250 stattfindet, der auch in Fig. 6B dargestellt ist, wodurch bewirkt wird, daß der Schalter seinen "ATHCT "-Kontakt schließt, um eine Anfangs zählung für die

-609843/0780

elektronische Schaltung zu liefern, was der Vorspannendstellung des Schenkels 11 entspricht. Wenn der Enopf 34 herausgezogen und um etwa 320° in die Stellung 37 "bewegt wird, dann wird durch Eingriff des Stiftes 35 wiederum der Mikroschalter 250 betätigt, aber diesmal schließt sein "IKNElT"-Meßkontakt. Die Bedeutung dieser Eontakte wird später im einzelnen erläutert.

Die Benutzung dieser Feder 31 gewährleistet, daß ein konstanter Federdruck über den Bewegungsbereich des Schenkels 11 vorhanden ist, und es wird gewährleistet, daß Fehler infolge Veränderungen im Eontaktdruck mit dem Werkstück verhindert werden.

Der Schenkel 11 trägt ein Meßgitter 101 (vergleiche Fig. 6A). Eine Scheibe 40 trägt vier kleine Meßgitter 102 bis i05"und vier photoelektrische Detektoren 110 bis 113 "und diese sind an der Basis 21 befestigt, ebenso wie vier Leuchtdioden 106 bis 109 von einer Scheibe 41 getragen werden, die auf der der Scheibe 40 abgewandten Seite des Meßgitters 101 angeordnet ist. Die Funktion von Meßgittern, Detektoren und Dioden wird später beschrieben.

Der Schlitten 15 weist eine elektronische Schaltung auf, die auf den Platinen 42, 43 und 44 angeordnet ist und durch eine Batterie 45 gespeist wird.

Stange 12

Die Stange 12 besteht aus zwei Teilen, nämlich dem Stangenabschnitt 13 "und einem von einer Eeihe von Fortsätzen 14. Der Stangenabschnitt I3 besteht aus Stahl und ist mit

609843/0780

26H301

einem oberen Plansch 23 und einem unteren Flansch 46 ausgestattet, die senkrecht zu einem zentralen Steg 47 verlaufen. Die Fortsätze 14 bestehen aus kohlenstoffaserverstärktem Material und haben einen üblichen I-Querschnitt. Die Benutzung von Kohlenstoffasern ergibt ein leichtes Gewicht des Instrumentes, so daß dieses von der Bedienungsperson benutzt und leicht getragen werden kann, selbst dann, wenn sämtliche Fortsätze 14 benutzt werden. Außerdem wird verhindert, daß durch Berührung mit der Hand der Bedienungsperson ein Temperaturfehler in die Messung eingeführt wird. Deshalb wird die Bedienungsperson die Fortsätze 14 in die Hand nehmen, die aus Kohlenstoffasermaterial bestehen und einen Temperaturausdehnungskoeffizienten besitzen, der im wesentlichen gleich Null ist. Die Hände der Bedienungsperson berühren außerdem den Stangenabschnitt 13, aber dieser ist relativ kurz, insbesondere wenn die längeren Fortsätze 14 benutzt werden. Deshalb sind auch diesbezügliche iemperaturfehler vernachlässigbar. Außerdem kommt die Bedienungsperson mit der Hand hauptsächlich mit dem Gehäuse 20 in Berührung, und dies beeinträchtigt die Genauigkeit der Ablesung nicht.

Durch Anpassung des gewählten Fortsatzes 14 am Abschnitt 13 wird bewirkt, daß die hexagonale Stange 16 so gedreht wird, daß jeweils eine ihrer Stirnflächen, die sämtlich eingravierte Skalen tragen, auf das Fenster I7 des Schlittens I5 ausgerichtet wird. Die hexagonale Stange 16 ist im Querschnitt in den Fig. 2 und 3 dargestellt; sie steht über die Länge des Abschnitts 13 vor. Die Stange 16 wird durch ein Ritzel gedreht, das an seinem Ende befestigt ist und mit einer Zahnstange des Fortsatzes 14 in Eingriff steht, wenn der Fortsatz an den Abschnitt 13 angesetzt wird. Jeder andere Fortsatz 14 dreht die Stange

6098'+3/0780

26H301

tun einen unterschiedlichen Betrag, so daß die jeweilige Skala auf das Fenster 17 ausgerichtet wird. Die nexagonale Stange 16 ist durch eine Feder in die Stellung mit einer minimalen Skalenablesung vorgespannt. Wie erwähnt, ist der längste Fortsatz 14 180 cm lang,und mit den zusätzlichen 30 cm von dem Stangenabschnitt 13 ergibt sich eine maximale Ablesung des Instrumentes von 210 cm.

Elektronische Schaltung

Wie aus Fig. 4 ersichtlich, wird die Lage des Schlittens 15 gegenüber dem Stangenabschnitt I3 im Fenster 17 dargestellt. In Fig. 4 erscheint beispielsweise die Zahl "110", die anzeigt, daß der Schlitten I5 110 cm von dem festen Schenkel 10 entfernt positioniert ist. Die drei letzten Stellen 4,36, die im Fenster I7 in Fig. 4 dargestellt sind, werden von der Schaltung gemäß Fig. 5 unä 6 geliefert und liefern zusammen mit der Lage des Schlittens 15» z. B. 110 cm, einen Meßwert von 1.104,36 mm über den beiden Schenkeln.

Allgemeine Beschreibung der elektronischen Schaltung

Im folgenden wird auf Fig. 5 der Zeichnung Bezug genommen. Die Relativbewegung zwischen dem Schenkel 11 und dem Schlitten I5 wird durch eine Moire-Streifen-Einrichtung 100 festgestellt. In dieser Einrichtung bewirkt das durch das Meßgitter 101 fallende Licht die Erzeugung sinusförmiger Ausgangsspannungen an den Photοdetektoren 110 bis 113 (Pig· 6)5 wenn, ein Streifen hindurchläuft. Diese Spannungen werden in Hechteekwellen umgewandelt und über die

6 0 9 8 ^; 3 / Q 7 8 Π

26U301

Leitungen 118, 119 einem Detektor 120 zugeführt, der die Bewegungsrichtung des Schenkels 11 aus der ankommenden Wellenform ableitet und ein Vorwärtszählsignal oder ein Rückwärtszählsignal über die Leitung 127 schickt. Die Schaltung 120 erzeugt außerdem eine pulsierende Wellenform, wenn der Zählimpuls längs der Leitung 131 nach einem ersten Zähler 140 verläuft.

Der Zähler 14Ό zählt eine "Eins" für jeweils -^ mm der Bewegung des Moire-Streifengitters 100. Wenn eine "Zehn" gezählt wird, dann wird dem Zähler I50 eine "Eins" zugeführt, die für jeweils ^ mm "Eins" zählt. In gleicher Weise empfängt ein Zähler 160 die Zählung "Eins", wenn der Zähler I50 eine "Zehn" zählt, und der Zähler 160 zählt demgemäß "Eins" für jeden vollen Millimeter. Die in jedem der Zähler 140, I50 und 160 existierende Zählung wird kontinuierlich dem zugeordneten Decodern 170» 180, 190 zugeführt. Von dort wird die Zählung einer Leuchtdiodendarstellung 205 zugeführt, welche die Millimeter, die Zehntelmillimeter und die Hundertstelmillimeter in drei LED-Ziffern anzeigt. Die Leuchtdiodendarstellungen bestehen aus sieben Segmentanzeigern, und um Strom zu sparen, werden die Segmente über einen Oszillator 210 mit einem pulsierenden Eingang gespeist. Der Eingang der Schaltung wird aufeinanderfolgend decodiert den Leuchtdiodenziffern zugeführt. Die Eingänge von den Decodern I70, 180, 190 aktivieren jene Segmente der LED-Ziffern, die erforderlich sind, um die Ziffern darzustellen, die der Zählung entsprechen, die im Zähler vorhanden ist, und so empfängt eine geringere Anzahl als sieben der Segmente der Leuchtdiodenziffern Aktivierungsimpulse, d. h. je nach der darzustellenden Ziffer. Auf diese Weise wird Strom dadurch gespart, daß nur Stromimpulse für jene Segmente geliefert

• 609843/0780

werden, die in Gebrauch befindlich sind. Die Impulsfolgefrequenz der Schaltung 210 braucht nicht präzise gesteuert zu werden, jedoch soll sie größer sein als das menschliche Sichtvermögen, und es kann zweckmäßigerweise eine Frequenz zwischen 50 und 300 Hz benutzt werden.

Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß bei der Durchführung einer Messung in der Mhe des einen Endes der 1 cm-Länge, die durch die Löcher 19 definiert ist, eine Zeitvergeudung eintreten kann. So kann die Bedienungsperson möglicherweise der Auffassung sein, daß eine Abmessung gerade erfordert, daß der Schlitten 15 aus dem nächsten Loch bewegt werden muß, nur um dann festzustellen, daß nach Bewegung des Schlittens die Abmessung um wenige Zehntel eines Millimeters zu klein ist. Um zu vermeiden, daß der Schlitten zurückbewegt werden muß, und um diese Situation in beiden Meßrichtungen abzudecken, ist an jedem Ende der zentralen Zehn-Millimeter-Messung, die durch die Bewegung des Schenkels 11 relativ zu dem Schlitten 15 bewirkt wird, ein Überfahren der Endstellung vorgesehen, und dieses Überfahren wird ebenfalls durch die elektronische Schaltung und das Moire-Gitter 100 gemessen.

Daher hat das Moire-Gitter 100 einen Bereich von 12 mm. Dies umschließt die mittleren 10 mm der Messung und je 1 mm des Überfahrens auf beiden Endstellungen. Wenn die Zähler 140, 150, 160 bis zu einem der Enden der 10-Millimeter-Messung gezählt haben und in den Überlaufabschnitt hineinwandern, dann setzen sie ihre Zählung fort, liefern jedoch eine Anzeige, indem entweder das Licht 240 oder das Licht 241 angeschaltet wird. Dies, gibt eine visuelle Warnung, daß eine Unterskalenablesung oder eine Überskalenablesung vorgenommen werden muß, so daß die Bedienungsperson

609843/0780

26U301

entsprechend eine Addition oder Subtraktion vornehmen muß.

Moire-Gitteranordnung 100

Diese Einrichtung umfaßt ein auf dem Schenkel 11 angeordnetes Gitternetz 101 mit Lichtschlitzen, die in einer Richtung geneigt sind, und vier schmalen Gitterlinien 102, 10$, 104 und 105, die auf der Basis 21 des Schlittens 15 angeordnet sind und lichtschlitze aufweisen, die in der Gegenrichtung geneigt sind. Die vier Gitterlinien sind um ein Viertel der Teilung des Abstandes zwischen den geneigten Lichtschlitzen des Gitternetzes 101 gestaffelt. Das Licht wird durch die Gitteranordnungen über vier Leuchtdioden 106, 107, 108 und 109 geschickt, von denen je eine für eine der vier kleinen Gitterlinien angeordnet ist. Die Beugungslinien, die aus der Interferenz zwischen dem Gitter herrühren, werden durch vier Photcdetektoren 110, 111, 112 und 113 festgestellt, und zwar wiederum jeweils durch eineo. für jeden schmalen Gitter schlitz. Demgemäß stellt die Fig. 6 eine schematische Darstellung dar und nicht die tatsächliche Anordnung der Leuchtdiodengitter und der photoelektrischen Detektoren, das heißt daß die Leuchtdioden 106, 107, 108 und 109 Licht durch das Gitter 101 schicken, welches auch durch die Gitter 102, 103, 104 und 105 hindurchtritt. Jedoch ist der Detektor 110 auf die Gitterlinie 102, der Detektor 111 auf die Gitterlinie 103, der Detektor 112 auf die Gitterlinie 104 und der Detektor 113 auf die Gitterlinie 105 ausgerichtet.

Wegen der räumlichen Versetzung bzw. Staffelung der kleinen Gitterlinien 102 bis 105 längs des Gitters 101 wird ein sinusförmiges elektrisches Signal am Detektor 111

6098 4 3/0780

erzeugt, welches um 90° phasenverschoben ist gegenüber dem Signal am Detektor 110. In gleicher Weise ist das Signal am Detektor 112 um 180° außer Phase und jenes am Detektor 113 ist 270⁰ gegenüber dem Signal am Detektor 110 phasenverschoben. Die Detektoren 110 und 112 sind so geschaltet, daß ihre Ausgänge einem Verstärker 114 zugeführt werden, während die Detektoren 111 und 113 so geschaltet sind, daß ihre Ausgänge einem Verstärker II5 zugeführt werden. Die Verstärker 114 und II5 sprechen auf die Differenz in den zwei Wellenformen an, die sie empfangen, und sie verstärken diese. Die Ausgänge der Verstärker 114 und II5 sind die jeweils kombinierten Sinuswellen, die verstärkt werden, wobei jedoch das Signal vom Verstärker 114 um 90° gegenüber dem Signal des Verstärkers II5 phasenverschoben ist. Diese Signale werden Schmitt-Triggerstufen 116, II7 zugeführt, welche einen Rechteckwellenausgang erzeugen. Der Rechteckwellenausgang auf der Leitung 118 ist demgemäß um 90° gegenüber der Phase des Ausgangs auf der Leitung 119 phasenverschoben.

Das Moire-Gitter stellt die Relativbewegung in beiden Richtungen (d. h. nach Links und Rechts gemäß Fig. 1) fest. Je nach der !bewegungsrichtung liegt der Ausgang auf der Leitung 118 entweder um 90 vor oder um 90 hinter dem Signal auf der Leitung 119.

Detektorstufe 120

Wenn sich der Schenkel 11 in. der einen Richtung relativ zu dem Schlitten I5 bewegt, dann ist das Rechteckwellensignal auf der Leitung 119 uei 90° phasenverschoben, und zwar liegt es x^ror dem Signal auf der Leitung 118, und während

6098 4 3/0780

26H301

des "1 "-Wertes des Spanirungsanteils der Rechteckwellenimpulse auf der Leitung 119 liefert die Leitung 119 ein "1"-Signal dem Eingang 1 eines NAND-Gatters 121 und dem Eingang 3 eines NAND-Gatters 122. 90° nach Beginn des L-Wertes der Rechteckwelle auf der Leitung 119 erscheint der L-Pegel der Rechteckwelle auf der Leitung 118, und dies ergibt einen L-Pegel am Eingang 3 des NAND-Gatters 121, jedoch wird ein Null-Pegel an den Eingang 1 des NAND-Gatters 122 gelegt, weil der Inverter 123 äie Signale invertiert und so das NAIfD-Gatter 122 abschaltet. Die Spannung am Eingang 2 des NAND-Gatters 121 steigt augenblicklich auf den L-Wert an, so daß das NAND-Gatter 121 geöffnet wird. Die Differentiations schaltung 124· bewirkt, daß die Spannung am Eingang 2 des NAND-Gatters 121 als Nagelimpuls erscheint, und dieser wird der Leitung 125 zugeführt, wo er dem NAND-Gatter 126 geliefert wird, so daß er auf der Leitung 127 als L-Impuls erscheint, so daß die Zähler 140, 150, 160 eine Zählung in Vorwärtsrichtung durchführen. Ebenso wird die Spannung auf der Leitung 125 äem NAND-Gatter 128 als Zählimpuls zugeführt. Die Schaltung, welche das NAND-Gatter 129 und die Stufe I30 umfaßt, nimmt den Nagelwellenimpuls auf und verzögert ihn, um zu gewährleisten, daß das Signal auf der Leitung 127 fortgeschritten ist, wodurch die richtige Zählrichtung gewährleistet wird, und gleichzeitig erfolgt eine Verlängerung in einen längeren Zählimpuls, der längs der Leitung I3I übertragen wird.

Wenn sich der Schenkel 11 indder Gegenrichtung relativ zu dem Schlitten I5 bewegt, dann läuft das Signal auf der Leitung 118 vor dem Signal auf der Leitung 119» und zwar um 90° Vorlauf, und die Eingänge einschließlich die von der Differentiationsschaltung 132 schalten das NAND-Gatter 122 und das NAND-Gatter I33 durch, so daß eine

609843/0780

.-ie- 26H301

Null-Spannung oder eine Kückwärtszählung über die Leitung 127 übertragen wird. Die Zählimpulse werden in gleicher Veise längs der Leitung I3I übertragen.

Zählstufen 140, I50 und 160

Immer dann, wenn ein Impuls längs der Leitung I3I fortschreitet, wird die Zählung von "1" am Zähler 140 aufgezeichnet. Wie beschrieben, zählt der Zähler in Torwärts- oder in Siickwärtsrichtung, ge nachdem, ob eine "1" oder "0" auf der Leitung 127 erscheint. Der Zähler 140 ist als Dekadenzähler ausgebildet und das NAND-G-atter 141 schaltet den Zähler 140, wenn die Batteriespannung angelegt ist und wenn eine Zählung von "10" erreicht ist, dann wird ein Schaltimpuls dem NAND-Gatter I5I zugeführt, welches bewirkt, daß der gleiche Zählimpuls in der Leitung I3I eine Zählung "1" in der Zählstufe I50 bewirkt. In gleicher Weise sendet der Zähler I50, wenn er die "10"-Zählung erreicht, einen Schaltimpuls dem NAND-Gatter 161, und dies bewirkt eine Zählung "1", die im Zähler 160 aufgezeichnet wird.

Inverter 170. 180 und 190 und Decoder 200

Ständig werden die Ablesungen der Zähler 140, I50 und 160 als binär codierte Dezimalzahlen den jeweiligen Invertern 170, 180 und 190 zugeführt. Diese Übertragungen sind an entsprechenden Leitungen 142 bis 145, 152 bis 155 und 162 bis 165 angeordnet. Die Inversion der Signale ist erforderlich, um die Schwingungen des Oszillators 210 in der Weise multiplex zu verarbeiten, wie dies weiter unten

609843/0780

"beschrieben wird. Die durch die Inverter I70, Ί8Ο und 190 invertierten Signale werden in den Invert em 201 bis 204-erneut invertiert, bevor sie in den Decoder 200 einlaufen.

Leuchtdiodendarstellung 205

Der Decoder 200 konvertiert die Signale, die er empfängt, in entsprechende Signale auf sieben Leitungen zur Verbindung mit den sieben Anoden der Segmente der Leuchtdiodenziffern 206 bis 208. Jede der Leuchtdioden 206 bis 208 besitzt eine entsprechende Kathode und diese sind über Leitungen 171, 181 und 191 mit den Inverterstufen I70, 180 und 190 verbunden. Die Leuchtdiodenziffer 206 weist einen dauernd beleuchteten Dezimalpunkt auf, da das Instrument eine Ablesung in Millimetern ergeben soll*

Oszillator 210

Dieser Oszillator weist zwei Inverterstufen 211 und 212 auf, die mit Widerständen 213 und 214 und einem Widerstand 215 zusammengeschaltet sind, um eine freilaufende Schwingung dem Zähler 216 zuzuführen. Der Zähler 216 ist ein Dekadenzähler, dessen erste, dritte und sechste Ausgänge jeweils an die Inverterstufen 190, 180 und I70 angeschlossen sind. Auf diese Weise werden nur drei von zehn Impulsen des Oszillators 210 benutzt, was die Batterie entlastet. Wenn der erste Ausgang der Zählstufe 216 einen Schwingungsimpuls empfängt, überträgt er diesen dem Inverter 190, der demgemäß die Kathode der Leuchtdiode 206 über die Leitung 191 erregt, was eine Aktivierung derjenigen der sieben Anoden der Leuchtdioden 206 bewirkt, die in diesem

609843/0780

26U301

Moment erregt sind· Gemäß dem Ausführungsbeispiel sind vier der Kathoden erregt, um die Ziffer "4" anzuzeigen. Die Anordnung ist derart, daß die dritten und sechsten Ausgänge des Zählers 216 an Inverterstufen 180 und 170 angeschlossen sind und keinen Impulsausgang in diesem Moment besitzen· Dadurch werden diese Inverter wirksam gemacht, so daß keine der Kathoden der Leuchtdiodenziffern 208 und 207 erregt ist. Wenn die Schwingung den dritten Ausgang des Zählers 216 erreicht, werden Inverter 180 und Leuchtdiodenziffer 207 erregt. In gleicher Weise wird die Leuchtdiodenziffer 206 erregt, wenn die Schwingung den Ausgang der Zählstufe 216 erreicht. Auf diese Weise werden die Leuchtdioden zum Aufleuchten gebracht, um die drei letzten Ziffern der Instrumentenablesung zu liefern.

Überbereich und Unterbereich

Wie erwähnt, wird die Bewegung des Schenkels 11 relativ zum Schlitten I5 durch die Feder 3I nach links oder rechts gemäß Fig. 1 vorgespannt, je nachdem, ob eine Außenmessung oder eine Innenmessung durchgeführt werden soll. Wie erwähnt, wählt die Bedienungsperson die Richtung der Tor-Spannung durch Einstellung des Knopfes 34, wodurch der Mikroschalter 250 betätigt wird. Das Schließen des Mikroschalters 250 in der einen oder anderen Stellung bewirkt, daß eine Anfangsablesung dem Zähler 160 zusammen mit einer Null-Ablesung zugeführt wird, die an den Zählern I50 und 140 erscheint.

Wenn der Schenkel 11 nach links gemäß Fig. 1 vorgespannt ist j UQi eine Außenmessung vorzunehmen, wenn das Instrument am Werkstück angelegt wird und bevor die Schenkel das

6 0 9 8 4 3/0780

_₁₉_ 26H301

Werkstück berühren, dann bewegt sich der Schenkel 11 unter seiner eigenen ledervorspanmang nicht nur nach dem linken Ende der mittleren 10 mm-Messung, sondern nach dem Ende des 1 mm-Überfahrbereichs. Ein mechanischer nicht dargestellter Anschlag richtet den Schenkel 11 in dieser Endstellung aus· Wenn der Schalter 222 dann geschlossen wird, erscheint eine läull-Ablesung an den Zählstufen 140 und 150 und eine Ablesung von "9" erscheint an der Zählstufe 160. Außerdem leuchtet die Leuchtdiode 241 auf, und dies zeigt, daß eine Messung im unteren Überfahrbereich durchgeführt wird. Wenn der Schenkel 11 das Werkstück berührt und gemäß 3?ig. 1 nach rechts angetrieben wird, zählt die Leuchtdiodendarstellung 205 von 900 nach oben und am Ende des 1 mm-Überfahrbereichs wird "000" aufgezeichnet und die Leuchtdiode 241 erlischt.

In gleicher Weise bewirkt, wenn der Schenkel 11 gemäß Fig. 1 nach rechts vorgespannt wird, der andere Kontakt des Schalters 250, daß eine Vorspannung der Zählstufe 160 auferlegt wird, so daß die Ablesung von "100" an der Leuchtdiode 205 erscheint und die Leuchtdiode 240 aufleuchtet.

I¹Ur irgendeine Messung, die in dem zentralen 10 mm-Meßbereich durchgeführt wird, kann die Ablesung direkt vorgenommen werden. Wenn jedoch das Instrument innerhalb des 1 mm-Überfahrbereiehes eine Ablesung vornimmt und beispielsweise eine Ablesung von "921" auf der Leuchtdarstellung 205 erscheint und eine Ablesung "142" an den drei linken Ziffern an der Skala der hexagonal en Stange 16 erkennbar ist, dann muß die Bedienungsperson diese Ablesung als 1419,21 mm interpretieren. In gleicher Weise muß bei einem 1 mm-Überfahren einer Ablesung von "043" auf der Leuchtdiodendarstellung, kombiniert mit der hexagonalen

■■ 6098 4 3/0780

.20- 26U301

Stangenablesung von "137" als "1380,43 mm" interpretiert werden.

Batterieschaltung 220

Diese Schaltung ist in Fig. 60 dargestellt. Die Batterie 45 ist nicht angeschaltet, solange der Schalter 222 geschlossen ist. Diese Anschaltung erfolgt durch die Bedienungsperson, wenn er eine Ablesung vornehmen will, und er muß seinen Finger auf den Schalter 222 halten, um ihn geschlossen zu halten, während er die Ablesung vornimmt. Wenn er sicher ist, daß er die Schenkel der Meßlehre ordnungsgemäß am Werkstück angelegt hat, gibt er den Schalter 222 frei und die zu dieser Zeit in der Leuehtdiodendarstellung 205 vorhandene Ablesung wird ungefähr eine halbe Minute lang aufrechterhalten.

Durch Niederdrücken des Schalters 222 wird ein Heiais 223 erregt, das die normalerweise offenen Kontakte 223A des Relais 223 schließt. Hierdurch wird die Batteriespannung als Spannung Y^ allen Leitungen zugeführt, die auf diese Weise in Fig. 6 gekennzeichnet sind, so daß die Batterie an die gesamte Elektronikschaltung wie in Fig. 6 angeschaltet ist· Die Leitungen, die mit V„„ gekennzeichnet sind, liegen ständig an der Batterie. Der Strom lädt den Kondensator 224 auf und strömt nach dem FET 225 vnä den Transistoren 226, 227 und 228 und erregt dadurch das Relais 229 und schließt die normalerweise offenen Kontakte 229A des Relais 229· Demgemäß wird die Spannung Υ™, dem NAND-Gatter 230 und dem Inverter 23I zugeführt, so daß ein Spannungsausgang auf der Leitung 232 erscheint (vergleiche auch Fig. 6B), die nach den Zählern 140, I50 und 160 verläuft.

609843/0780

Das Signal auf der Leitung 232 "bewirkt,daß die Zähler und 150 auf Null zurückgestellt werden, und bewirkt weiter, daß der Zähler 160 auf "1" oder "9" zurückgestellt wird, je nachdem, welcher Kontakt des Schalters 250 geschlossen wird. Der Eontakt 229A (Pig. 6B) wird nach Schließen des Schalters 222 geschlossen und dadurch wird die Batteriespannung den NAND-Gattern 141, I5I und 161 zugeführt, wodurch die Zähler 140, I50 und 160 in Tätigkeit gesetzt werden, um die Zählimpulse zu verarbeiten. Wenn der Schalter 222 geöffnet wird, dann wird der Kontakt 229A unmittelbar danach geöffnet und es wird die Ablesung, die an den Zählern 140, I50 und 160 steht, eingefroren.

Wenn der Schalter 222 losgelassen wird, dann wird auch das Relais 229 augenblicklich entregt, aber das Relais 223 wird über den Schalter 223A gehalten, der während jener Zeit geschlossen bleibt, die der Kondensator 224 für seine Entladung benötigt. Dies dauert etwa eine halbe Minute, und wenn die Spannung über den Kondensator 224 auf einen solchen Pegel abgesunken ist, daß das Relais 223 öffnet, darm werden die Kontakte 223A geöffnet und die Batterie wird völlig abgeschaltet. Diese Anordnung der Benutzung der Batterie gewährleistet, daß Fehler nicht auftreten, wenn die Batterie ersetzt wird. Außerdem leidet das Instrument nicht unter kumulativen Fehlern irgendwelcher Arts ¹^a es ist nicht notwendig die Überfahr- bzw. die Unterfahrstellungen von Zeit zu Zeit zu kontrollieren, um eine genaue Anzeige zu gewährleisten.

Leuchtdioden 240 und 241

Wenn der Zähler 160 entweder am Ende des zentralen 10 mm-

6 0 9 8 A 3 / 0 7 8 0

Bereichs der Messung steht und beginnt, in dem 1 mm-Überbereich zu zählen, dann bewirken die NAND-Gatter 24-2 und 243, daß die Transistoren 244 oder 245 die Leuchtdiodenanzeige 240 bzw. 241 erregen. Diese Einrichtung ist in Fig. 6 dargestellt, und zwar liegt sie längs der Leuchtdioden 206, aber die räumliche Anordnung in dem Instrument ist tatsächlich so, daß eine über und eine unter der Leuchtdiode 206 liegt, um der Bedienungsperson anzuzeigen, daß eine Überzählung oder eine Unterzählung vorliegt, so daß die Bedienungsperson die geeignete Eompension der Ablesung in der erwähnten Weise vornehmen kann.

Patentansprüche:

6098 4 3/0780

Claims

_₂₃_ 26U301

Patent anspräche

1J Instrument zur Messung der linearen Dimensionen eines Werkstückes mit zwei Schenkeln, die das Werkstück über der zu messenden Dimension berühren,und mit einer Stange, die sich in Längsrichtung des Instruments zwischen den Schenkeln erstreckt, wobei ein erster Schenkel fest an der Stange angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schlitten (15) längs der Stange (12) beweglich ist und an einer von mehreren in gleichen Abständen aufeinanderfolgenden Stellen (19) längs der Stange (12) festlegbar ist, wobei diese Stellungen Meßeinheiten relativ zum ersten Schenkel (10) entsprechen, und daß der zweite Schenkel (11) auf dem Schlitten (15) montiert ist und sich parallel zur Längsachse der Stange (12) über einen Abstand von wenigstens einer dieser Einheiten bewegen kann·
2. Instrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schenkel (11) durch Federdruck (5I) nach dem einen oder anderen Ende seiner Bewegungsbahn relativ zum Schlitten (I5) vorgespannt ist, so daß die Bedienungsperson die Richtung der Vorspannung wählen kann, je nachdem, ob eine Innenmessung oder eine Außenmessung durchgeführt werden soll.
3· Instrument nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Einrichtung (I7) die Lage des Schlittens (15) relativ zu dem ersten Schenkel (10) anzeigt und daß eine zweite Einrichtung (I7) die Lage des zweiten Schenkels (11) relativ zu dem Schlitten (15) anzeigt und daß beide Anzeigen in der Meßeinrichtung erscheinen, wodurch die zu messende Dimension

609843/0780

-24- 26H301

in Form einer zusammengesetzten Anzeige dargestellt wird.
4-. Instrument nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (12) einen ersten Abschnitt (13) aufweist, auf dem der Schlitten (15) über einen ersten Bereich der Meßeinheiten gleitet, und daß mehrere !ortsätze (14) vorgesehen sind, die jeweils an dem ersten Abschnitt (13) befestigbar sind und an denen jeweils der erste Schenkel (10) befestigbar ist, so daß der erste Schenkel (10) in der Lage ist, an äner von mehreren im unterschiedlichen Abstand von dem ersten Abschnitt (13) angeordneten Stellen fixiert zu werden, um die Meßbereiche zu ändern.
5· Instrument nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Anzeige des Schlittens (15) relativ zu dem ersten Schenkel (10) aus einem Bauteil (16) bestehen, der eine Seihe von Skalen enthält, und Mitteln zur Auswahl der geweils zutreffenden Skala, wobei die letztgenannten Mittel automatisch in !Tätigkeit treten, wenn der betreffende Fortsatz (14) an dem ersten Abschnitt (13) der Stange (12) befestigt wird, so daß die jeweils richtige Skala für den gewählten Meßbereich bzw· Fortsatz (14) eingestellt wird·
6· Instrument nach Anspruch 3₅ dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Anzeige der Stellung des zweiten Schenkels (11) relativ zu dem Schlitten (15) einen Wandler (100) aufweisen, der ein elektrisches Signal erzeugt, das die Lage definiert, und daß eine Anordnung zur Digitalanzeige vorgesehen ist, um die Stellung anzuzeigen und die Ziffern der Barstellung (205)

809843/0780

zum Aufleuchten zu bringen.
7. Instrument nach den Ansprüchen 5 "und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils gewählte Skala die drei linken Ziffern der zusammengesetzten Anzeige "bildet und die Digitalanzeigen(206, 207, 208), die elektronisch erzeugt werden, die letzten drei Ziffern liefern.
8· Instrument nach den Ansprüchen 6 oder 7* dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schenkel (11) einen Bewegungsbereich relativ zu dem Schlitten (15) besitzt, der dem Abstand einer der Meßeinheiten entspricht, wobei ein Überfahrbereich an jedem Ende vorgesehen ist, der kleiner ist als die Meßeinheit.
9. Instrument nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um die numerische Anzeige auf eine anfängliche Ablesung einzustellen, die der einen oder anderen Endstellung im Bewegungsbereich des zweiten Schenkels (11) relativ zu dem Schlitten (15) entspricht, je nachdem, in welcher Richtung die Vorspannung (31) eingestellt ist.
10. Instrument nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (229A, 232) vorgesehen sind, um eine Messung der numerischen Darstellung (206, 207, 208) für eine Zeitdauer aufrechtzuerhalten, nachdem die Messung durchgeführt worden ist, damit auch bei abgenommenem Instrument die gelieferte Anzeige gespeichert wird.

609843/0780