DE2620099A1 - Messeinrichtung - Google Patents

Description

TATBIiTiIfWILT Dipl. ing. B. HÖLZER

PHILIPPINE -WELSKB - STBASSK

8900 AUGSBUBG

TELEFON 516475 TELEX 533 202 palol d

R.

' Augsburg, den 5. Mai 1976

Rolls-Royce (1971) Limited_$ Norfolk House, St«, James's Square,

London, England,

Meßeinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung mit einem beweglich an einer Halterung angeordneten Taster.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Meßeinrichtung dieser Art eine einfache, raumsparende Verbindung zwischen dem Taster und der Halterung auszubilden, die eine Relativbewegung des Tasters mit Bezug auf die

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Halterung In mindestens zwei Dimensionen eines rechtwinkligen Koordinatensystems ermöglicht.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist eine solche Meßeinrichtung durch ein erstes Blattfederpaar, dessen beide Federn parallel verlaufen und einerseits mit dem Taster und andererseits mit einem starren Zwischenglied verbunden sind, und durch ein zweites Blattfederpaar gekennzeichnet, dessen beide ebenfalls parallele Federn senkrecht zur Hauptrichtung der Federn des ersten Blattfederpaares orientierte Hauptebenen aufweisen und einerseits mit dem Zwischenglied und andererseits mit der Halterung verbunden sind.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sowie eine Weiterbildung der Erfindung im Sinne der Erzielung einer dreidimensionalen Beweglichkeit des Tasters relativ zur Halterung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Zwei Ausführungsbexspiele der Erfindug, bei denen es sich um Meßsonden für eine Prüfmaschine handelt, werden nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine Ansicht einer Prüfmaschine

mit einer Meßeinrichtung naeh

der

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Fig. 2 eine Einzelheit der Meßsonde,

Fig. 3 eine Schnittansicht der Meßsonde,

Fig. 4 einen Querschnitt in der Ebene

IV-IV in Fig. 3,

Fig. 5 eine abgewandelte Ausfuhrungsform

der Meßsonde,

Fig. 6 einen Längsschnitt entlang der

Linie VI-VI in Fig. 5, und

Fig. 7 ein Schaltbild.

Zunächst wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 ein Anwendungsbeispiel der Meßsonde beschrieben. Die mit 11 bezeichnete Meßsonde ist mit Hilfe von Schlitten 12, 13 und l4 in den X-, Y- und Z-Richtungen eines rechtwinkligen Koordinatensystems verschiebbar aufgehängt. Die Schlittenverschiebungswege werden durch digitale Anzeigeeinrichtungen 12A, 13A und l4A angezeigt.

Die Meßsonde 11 weist einen in einer Halterung bzw.

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einem Gehäuse 16 derart angeordneten Taster 15 auf, daß dieser in der X-, der Y- und der Z-Richtung relativ zu diesem Gehäuse beweglich ist. Der Taster ist durch ein nachstehend noch im einzelnen beschriebenes Blattfedersystem in eine auf das Gehäuse bezogene Nullstellung vorgespannt.

Zur Messung eines Werkstückes 10 wird der jeweils geeignete Schlitten, beispielsweise der Schlitten 13, so lange verschoben, bis das kugelförmige Tasterende IJ eine gewünschte Fläche 18 des Werkstückes berührt. Dadurch wird der Taster aus seiner Nullstellung verschoben, wodurch ein Signal erzeugt wird, welches die dieser Schlittenbewegung zugeordnete Anzeigeeinheit 13A stoppt, so daß diese Anzeigeeinheit dann die relative Position der Fläche 18 mit Bezug auf eine vorgegebene Bezugsposition anzeigt. Der Schlitten wird natürlich nach der Berührung des Tasters mit dem Werkstück entweder automatisch oder durch eine Bedienungsperson gestoppt, jedoch läßt sich ein gewisses überschwingen des Schlittens (siehe Fig. 2) nicht vermeiden. In manchen Fällen wird das Werkstück gemessen, indem der Überschwingungsweg der Meßsonde gemessen und daraus die Schlittenposition beim Anhalten am Ende des überschwingungs-Vorgangs abgeleitet wird. Jedoch kann auch das Gehäuse 16 fest sein und die Meßsonde unabhängig von den Schlitten 12, und 14 selbst als Meßeinrichtung verwendet werden.

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Tasteraufhängung

Gemäß den Pig. 3 und 4 ist der Taster etwa stabförmig und verläuft zwischen dem Kugelende 17 und einem über drei Blattfederpaare 22, 23 und 24 mit dem Gehäuse 16 verbundenen Teil 20. Die Blattfederpaare sind hintereinandergeschaltet und jeweils in der X- bzw. der Y- bzw. der Z-Richtung biegsam. Dazu liegen die Federn 22 in Ebenen, welche die Y- und die Z-Dimension enthalten, die Federn 23 liegen in Ebenen, welche die X- und die Z-Dimension enthalten, und die Federn 24 liegen in Ebenen, welche die X- und die Y-Dimension enthalten. Das Teil 20 und ein Gehäuseteil l6A bilden Endglieder der Reihenschaltung der Federpaare. Zur Erläuterung der Federanordnung sei jede Feder so betrachtet, als habe sie ein freies Ende und ein festes Ende, wobei das feste Ende dasjenige Ende ist, welches innerhalb der Reihenschaltung der Federn das dem Gehäuse 16 näher gelegene Ende ist. Demgemäß weisen die Federn 22 jeweils ein freies, mit dem Teil 20 verbundenes Ende 22A und ein festes, mit einem Zwischenglied 21 verbundenes Ende 22B auf, die Federn 23 weisen jeweils ein freies, mit dem Zwischenglied 21 verbundenes Ende 23A und ein festes, mit einem weiteren Zwischenglied 25 verbundenes Ende 23B auf, und die Federn 24 weisen jeweils ein freies, mit dem weiteren Zwischenglied 25 verbundenes Ende 24A und ein

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mit dem Gehäuseteil 16A verbundenes festes Ende 24B auf.

Die Federn 24 liegen also in Ebenen, die senkrecht zur Hauptrichtung der Federn 23 zwischen ihren freien und festen Enden 23A und 23B, d.h. senkrecht zur Ausdehnung der Federn 23 in der Z-Dimension verlaufen, und die Federn liegen in Ebenen, die parallel zu dieser Hauptrichtung der Federn 23 verlaufen.

Um die Verbindung der Federn 23 und 24 mit dem weiteren Zwischenglied 25 zu ermöglichen, weist dieses einen die festen Enden der Federn 23 miteinander verbindenden Teil 25A und einen dazu senkrechten, die freien Enden der Federn miteinander verbindenden Teil 25B auf. Die festen Enden der Federn 24 sind mit dem Gehäuseteil 16A verbunden.

Zur Herstellung eine kompakten, raumsparenden Anordnung sind die Federn 22, 23 und 24 so angeordnet, daß der Raum zwischen den beiden Federn eines Federpaars gleichzeitig zum Zwischenraum zwischen den beiden Federn mindestens eines anderen Federpaars gehört. Dies wird beim vorliegenden Ausführungsbeispiel dadurch erreicht, daß die Federn 24 in X-Y-Ebenen angeordnet sind, welche nahe den freien und festen Enden 23A, 23B der Federn 23 verlaufen,, In ähnlicher

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Weise liegen die Federn 24 in Ebenen, die nahe den freien und festen Enden 22A und 22B der Federn 22 verlaufen. Es ist jedoch auch möglich, die Federn 24 so anzuordnen, daß der Zwischenraum zwischen ihnen oberhalb der oberen Enden der Federn 23 liegt, was jedoch auf Kosten der Höhe der Federanordnung geht.

Die Endglieder 20 und l6A und die Zwischenglieder und 25 sind starr, d.h. sie weisen eine so große Dicke auf, daß sie sich nicht biegen, wenn die Federn 22, 23 oder im Betrieb eine Biegung erfahren. Dies ist insbesondere bei dem Teil 25B wichtig, welches so starr sein muß, daß Torsionsbiegungen der Federn 24 unter einer in der X- oder der Y-Richtung auf den Taster wirkenden Kraft vermieden werden.

Wie dargestellt, liegt das Teil 20, an welchem der Taster befestigt ist, am weitesten innen in dem von den Federn 22, 23 und 24 gebildeten Kasten. Der Zwischengliedteil 25A und die diesem benachbarte Feder 24 sind mit Durchbrüchen 28 bzw. 29 versehen, durch welche hindurch der Taster in das Innere des von den Federn gebildeten Kastens hineinragt. Diese Durchbrüche sind jedoch nicht nötig, wenn der Taster mit einer Kante des Teils 20 ver-

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bunden ist, beispielsweise durch Einschrauben in eine Bohrung 30, so daß er in einer X-Z-Ebene verläuft.

Die Federn 22, 23 und 24 können beispielsweise durch Löten an den Teilen 20 bzw. 21 bzw. 16 befestigt sein.

Die Federn 24 können, wie dargestellt, vollständig außerhalb der Ausdehnung der Federn 23 in der Z-Richtung, jedoch nahe der Enden 23A und 23B der Federn 23 liegen.

Die Federn bestehen vorzugsweise jeweils aus einem einzigen kontinuierlichen Blechstück, d.h. sie weisen keine Ausschnitte auf, so daß Torsionsbiegungen vermieden werden.

Meßsystem

Wie bereits erwähnt, spannen die Federn 22, 23 und 24 den Taster in eine Nullstellung vor. Diese Nullstellung ist als diejenige Stellung definiert, welche der Mittelpunkt der Tasterkugel 17 unter dem alleinigen Einfluß der Federn und der Schwerkraft einnimmt, d.h., wenn keine äußere Kraft an der Tasterkugel 17 angreift. Diese Nullstellung ist in Fig. 2 mit Vollinien dargestellt. Beim Anstoßen der Tasterkugel an die Fläche 18 des Werkstücks ergibt sich gemäß

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Pig. 2 in der Y-Richtung eine Auslenkung Yl, die gestrichelt dargestellt ist. Infolge der Durchbiegung der Federn, in diesem Falle der Federn 23, während der Auslenkung Yl tritt unvermeidlich auch eine Sekundärauslenkung Zl in der Z-Richtung auf. Grundsätzlich bedingt eine Auslenkung in irgendeiner Dimension eine sekundäre Auslenkung in mindestens einer weiteren Dimension, und eine wahrheitsgetreue Anzeige der koordinatenmäßigen Position der Tasterkugel 17 erfordert deshalb, daß alle drei Dimensionen oder gegebenenfalls zwei Dimensionen gleichzeitig gemessen werden.

Das Meßsystem weist gemäß den Fig. 3 und 4 eine Eisenmasse 40 auf, die über eine Verlängerung 4l am Teil 20 befestigt ist und folglich jede Bewegung des Tasters 15 mitmacht. Die Masse 40 weist Flächen 42, 43 und 44 auf, welche in die X- bzw. die Y- bzw, die Z-Richtung zeigen und jeweils einem Fühler 45 bzw. 46 bzw. 47 zugewandt sind, die an einem Gehäuseteil l6B angeordnet sind. Jeder Fühler bzw. Meßwandler weist eine Induktionsbrücke (Fig. 7) auf, so daß eine Verschiebung der Eisenmasse 40 in der jeweils betreffenden Dimension X, Y bzw. Z meßbar ist.

Jede Induktionsbrücke enthält Spulen A, B, C und D, von denen die Spulen A und B am Gehäuseteil 16B nahe der

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jeweils zugehörigen Fläche 42, 43 bzw, 44 angeordnet und über einen Stecker 48 mit dem an einem geeigneten feststehenden Ort befindlichen übrigen Teil der Brücke verbunden sind. Die Messung beispielsweise einer Auslenkung in der Y-Richtung erfolgt dadurch, daß durch die Bewegung der Tasterkugel 17 der Abstand zwischen der Fläche 43 und den Spulen A und B des Wandlers 46 und damit der Abgleich der zugehörigen Brücke A, B, C, D verändert wird. Dabei wird nur die Bewegung der Fläche 43 in der Y-Richtung gemessen. Eine Bewegung in der X- oder der Z-Richtung hat keinen Einfluß auf den Wandler 46, da diese letzteren Bewegungen den Abstand zwischen der Fläche 43 und den dieser zugeordneten Spulen A und B nicht verändern. Zur Sicherstellung der eben genannten Bedingung sollten die Flächen 42, 43 und 44 ausreichend eben sein und sie müssen natürlich senkrecht zur zugeordneten X- bzw. Y- bzw. Z-Dimension verlaufen.

Die Brücken sind jeweils mit einer Anzeigeeinheit 49 bzw. 50 bzw. 51 oder mit einem Rechner 52 verbunden, um die Wandlerausgangssignale in Beziehung mit den Positionen der Schlitten 12, 13 und 14 zu setzen. Beim eben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Spulen A und B jeder Brücke beide auf der gleichen Seite der Masse 40 angeordnet.

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Bei einer in den Fig. 5 und 6 dargestellten abgewandelten Ausführungsform sind die Spulen A und B jeder Brücke auf entgegengesetzten Seiten einer Masse l4O angeordnet. Gemäß der Darstellung ist diese Masse würfelförmig und von einer Kammer 116B umgeben, deren Wände die Spulen A und B der Wandler 45, 46 und 47 an jeweils einander gegenüberliegenden Seiten des Würfels 14O tragen. Der Würfel 14O ist mit dem Taster 15 über einen U-förmigen Winkel l4l verbunden, der einerseits an der Tasterverlängerung 41 und andererseits derart an einer Kante des Würfels befestigt ist, daß er die drei Paare einander gegenüberliegender Würfelflächen nicht beeinträchtigt. Die eben beschriebene Spulenanordnung verbessert die Linearität des Meßergebnisses.

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Claims (2)

Patent ansprüche

1.) Meßeinrichtung mit einem beweglich an einer Halterung angeordneten Taster, gekennzeichnet durch ein erstes Blattfederpaar (23), dessen beide Federn parallel verlaufen und einerseits mit dem Taster (20, 25) und andererseits mit einem starren Zwischenglied (25) verbunden sind, und durch ein zweites Blattfederpaar (24), dessen beide ebenfalls parallele Federn senkrecht zur i.auptriehtung der Federn (23) is ersten Blattfederpaars orientierte Hauptebenen aufweisen und einerseits mit dem Zwischenglied und andererseits mit der Halterung (16) verbunden sind,

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Federn (24) eines der beiden Blattfederpaare (23, 24) in Ebenen liegen, von denen eine nahe den einen Federenden (23A) und die andere nahe den anderen Federenden (23B) der beiden Federn (23) des jeweils anderen Blattfederpaars verläuft.

3, Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein drittes Blattfederpaar (22), dessen beide parallele

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Federn zwischen den vom Zwischenglied (25) abgewandten
Enden der Federn eines der beiden erstgenannten Federpaare (23 oder 24) und dem mit dem betreffenden Federpaar verbundenen Teil (15 oder l6A) der Meßeinrichtung angeordnet sind und
in zur Hauptrichtung der Federn des betreffenden Federpaars parallelen Ebenen liegen, und durch ein weiteres starres
Zwischenglied (21) zwischen dem dritten Blattfederpaar und
dem betreffenden einen (23) der beiden erstgenannten Blattfederpaare.

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