DE2701377C2 - Längenmeßtaster mit steuerbar veränderlicher Meßrichtung - Google Patents

Description

ebene hohlförmige Werkstückkonturen ausmessen kann, die kleiner sind als der gesamte Meßtaster.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem in der Meßebene Hegenden Tasthebel mit kreisförmig ausgebildetem, am zu messenden Werkstück anliegenden Tastende gelöst, der erstens in einem zweiwertigen Gelenk unmittelbar am Meßkopf gelagert ist, welches eine Verschiebung des Tastendes in der Meßebene in bliebiger Richtung zuläßt, der zweitens mit seinem anderen Ende an einer Geradführung angelenkt ist, die ihrerseits auf einer Scheibe sitzt und um eine senkrecht zur Meßebene stehende Achse um beliebige Winkel drehbar am Meßköpf befestigt ist, und dar drittens an seinem Anlenkpunkt mit einer Meßkraft beaufschlagt ist, die in Richtung der Geradführung wirkt, wobei die Verschiebung des Anlenkpunktes mit einem an der Scheibe befestigten Wegaufnehmer meßbar ist

Die Wirkungsweise des beanspruchten Längen-Meßt&sters besteht darin, daß sich bei Drehung der Geradführung die Meßrichtung am Hieisförmigen Tasteride gleichsam um eine Achse senkrecht zur Meßebene dreht, die durch den Mittelpunkt des Tastendes in seiner Nullago geht Es muß also nicht mehr der gesamte Taster in die gewünschte Meßrichtung gedreht werden. Daher kann das Tastende und damit die Drehachse nun ohne Platzschwierigkeiten in das zu prüfende Lückenprofil geschoben werden, erforderlichenfalls sogar bis in den Grund. Die übrigen Elemente des erfindungsgemäßen Tasters liegen außerhalb des Lückenprofils, aber in unmittelbarer Nähe der Meßebene, in der der Tasthebel liegt Daraus ergibt sich ein stabiler und relativ zur Meßaufgabe einfacher Aufbau.

Beim Prüfvorgang fährt der Zweikoordinaten-Meßkopf in bekannter Weise programmgesteuert Punkt für Punkt einer Bezugskurve ab. Dabei dreht vorzugsweise ein Schrittmotor die Geradführung nach einer in das zugehörige Programm einzugebenden Gesetzmäßigkeit jeweils so, daß sich die geforderte Meßrichtung am Tastende einstellt Im allgemeinen muß in jedem Punkt senkrecht zum Sollprofil gemessen werden.

Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Meßtasters sieht vor, daß bei unausgelenktem Tasthebel sein Anlenkpunkt in der Geradführung mit der Drehachse der Geradführung zusammenfällt Beim Abfahren eines Prüflings mit fehlerfreiem Profil verschiebt sich demnach der Tasthebel trotz Drehung der Geradführung, also wechselnder Meßrichtung, nicht aus seiner NuKage, und es können daher auch keine Abweichungen angezeigt werden. Die abzufahrende Bezugskurve ist dann die Äquidistante zum Sollprofil. Diese ergibt sich aus dem Radius des kreisförmigen Tastendes und kann durch die Programmsteuerung des Zweikoordinaten-Meßkopfes ohne weiteres verwirklicht werden.

Beim Abfahren eines fehlerhaften Profils muß sich das Tastende in Meßrichtung verschieben, um in ständiger Anlage mit dem Prüfling zu bleiben. Dazu muß sich der Anlenkpunkt des Tasthebels in Richtung der Geradführung aus seiner Nullage verschieben. Das ist erfindungsgemäß besonders vorteilhaft gelöst, weil trotz beliebiger Drehstellung der Geradführung die Meßkraft immer in Bewegungsrichtung des Tasthebel-Anlenkpunktes innerhalb der Geradführung auf den Tasthebel wirkt.

Da der Betrag der Verschiebung des Anlenkpunktes in der Geradführung bei weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Längenmeßtasters gleich ist dem Meßausschlag des Tastendes, kann er unmittelbar in der Geradführung gemessen werden, wozu sich die bekannten berührungslosen induktiven oder digitalen Wegaufnehmer einsetzen lassen.

Für die Ausbildung des zweiwertigen Gelenks sind zwei unterschiedliche Lösungen vorgesehen. Die erste geht davon aus, daß das zweiwertige Gelenk ein Dreh-Schub-Gelenk ist dessen Drehachse senkrecht zur Meßebene zwischen der Geradführung und dem

ίο Tastende angeordnet ist, und dessen Schubachse mit der Verbindungslinie zwischen dem Anlenkpunkt in der Geradführung und dem Mittelpunkt des Tastendes zusammenfällt Der in der Meßebene liegende Tasthebel folgt dann in seiner Kinematik im wesentlichen den Gesetzen eines zweiarmigen Hebels. Zwischen der Meßrichtung am Tastende und dem zugehörigen Drehwinkel der Geradführung besteht also der Zusammenhang, daß von einer gemeinsamen Bezugsrichtung aus die Winkel entgegengesetzt gleich sind.

Bei weiterer vorteilhafter Ausgestaltung dieser ersten Lösung ist die Länge des Tasthebels zwischen dem Anlenkpunkt in der Geradführung und dem Mittelpunkt des Tastendes doppelt so groß wie der Abstand zwischen der Drehachse der Geradführung und der

Drehachse des Dreh-Schub-Gelenks.

In jeder Meßrichtung ist dann der Meßausschlag des Tastendes gleich der Verschiebung des Anlenkpunktes in der Geradführung. Die geringen Abweichungen, die sich dadurch ergeben, daß sich das Tastende nicht immer exakt auf einer Geraden in Meßrichtung bewegt und daß das Hebelverhältnis nicht genau 1 :1 bleibt sind vernachlässigbar, da von der Anwendung des erfindungsgemäßen Längenmeßtasters her der maximale Meßausschlag sehr klein gegenüber der Länge des

Tasthebels ist

Bei der zweiten Lösung ist das zweiwertige Gelenk als Kreuzführung ausgebildet Sie bewirkt, daß sich der Tasthebel in der Meßebene nur parallel zu sich selbst verschieben kann. Die Richtung der Verschiebung, also die Meßrichtung, ist bei dieser Lösung gleich der Richtung der Geradführung. Ebenso muß auch der Betrag des Meßausschlages immer exakt gleich der Verschiebung des Anlenkpunktes in der Geradführung sein.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der zweiten Lösung sieht vor, daß bei unausgelenktem Tasthebel sein Anlenkpunkt in der Geradführung nicht mit der Drehachse zusammenfällt sondern um den Betrag des Radius seines kreisförmig ausgebildeten Tastendes

so versetzt dazu angeordnet ist, und zwar genau entgegengesetzt zur Richtung der Meßkraft. Diese Maßnahme bewirkt, daß die vom Zweikoordinaten-Meßkopf abzufahrende Bezugskurve unmittelbar dem Sollprofil entspricht und daß nicht auf eine Äquidistante umgerechnet werden muß.

Die zweite Lösung kann schließlich noch so weitergebildet sein, daß die drehbare Geradführung und die Kreuzführung in Ebenen parallel zur Meßebene übereinander angeordnet sind, so daß bei unausgelenk-

tem Tasthebel sein Anlenkpunkt über dem Kreuzungspunkt der Kreuzführung liegt

Damit ergibt sich der große Vorteil, daß bei gleicher Baugröße des Meßtasters das Drehmoment, das aufgrund er Meßkraft am Tasthebel wirkt, über große

hi Fünrungslängen abgestützt werden kann. Außerdem läßt sich mit dieser Maßnahme eine bessere Übertragung in den bewegten Meßgliedern erreichen, weil eine gewisse Reibung in den Führungen unvermeidlich ist,

die Meßkraft aber zentral dazu angreift.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen noch näher erläutert. Dabei handelt es sich um schematische Darstellungen der wichtigen Funktionselemente, die konstruktiv nach den Erfordernissen der Meßtechnik anders auszubilden sind, wie zum Beispiel die Meßuhr, die als Symbol für einen Wegaufnehmer dient, oder die Lagerungen und Führungen, die spielfrei und reibungsarm sein müssen. Es zeigt

Fig. 1 schematische Darstellungeines Längenmeßtasters mit Dreh-Schub-Gelenk,

F i g. 2 schematische Darstellung eines Längenmeßtasters mit Kreuzführung,

F i g. 3 schematische Darstellung eines Längenmeßtasters gemäß Fig.2, jedoch mit Überlagerung von Kreuzführung und drehbarer Geradführung.

In F i g. 1 ist - wie auch in den übrigen Figuren - die Zeichenebene gleich der Meßebene des Längenmeßtasters, deren Neigung in bekannter Weise durch die Bewegungsmöglichkeiten des Zweikoordinaten-Meßkopfes vorgegeben wird. Ein in dieser Meßebene liegender Tasthebel 1 mit kreisförmig ausgebildetem Tastende 2 ist in einem zweiwertigen Gelenk 3 auf einer Grundplatte 10 gelagert, die starr an dem nicht weiter dargestellten Meßkopf befestigt ist. Das zweiwertige Gelenk 3 ist ein Dreh-Schub-Gelenk, weil der Tasthebel 1 von einem Gelenkstück 9 geführt wird, das eine Verschiebung des Tasthebels in der Meßebene entlang der Achse 8 zuläßt und das sich selbst in der Grundplatte 10 drehen kann, wobei die Drehachse 7 auf der Meßebene senkrecht steht. Der Tasthebel 1 ist außerdem im Anlenkpunkt 6 drehbar an einer Stange 11 befestigt. Sie bildet zusammen mit Lagerhülsen 12, 13 eine Geradführung 4 und sitzt auf einer Scheibe 14, die um eine zur Meßebene senkrechte Achse 5 drehbar auf der Grundplatte 10 gelagert ist Eine Druckfeder 15 zwischen der Lagerhülse 13 und einem Bund an der Stange 11 erzeugt eine Meßkraft in Richtung der Geradführung 4. Die Verschiebung der Stange 11 wird mit einer Meßuhr 16 gemessen, die ebenfalls an der Scheibe 14 befestigt ist.

Außer dem Längenmeßtaster ist in der F i g. 1 das Istprofil 17 eines Werkstückes abgebildet, an dem das Tastende 2 anliegt. Da das Istprofil 17 an dieser Stelle vom Sollprofil 18 abweicht, hat sich das Tastende 2 in Meßrichtung um den Meßausschlag 20 aus seiner Nullage 21 verschoben. Die geforderte Meßrichtung ist hier gegeben durch die Normale 22 zum Sollprofil 18 und bildet mit einer Bezugsrichtung 23 den Winkel λ. Am Längenmeßtaster ist die Meßrichtung durch Drehung der Scheibe 14 mit der Geradführung 4 um den Winkel — * von der Bezugsrichtung 23 eingestellt worden. Zum Meßausschlag 20 gehört eine gleich große Verschiebung 24 der Stange 11, die an der Meßuhr 16 abzulesen ist. Um zum nächsten Meßpunkt zu gelangen, verfährt der Zweikoordinaten-Meßkopf und damit der Mittelpunkt des Tastendes 2 entlang der Äquidistanten 19 zum Sollprofil 18. Gleichzeitig wird die Scheibe 14 entsprechend der neuen Meßrichtung gedreht. Dieser Funktionsablauf zeigt, wie mit einem erfindungsgemäßen Längenmeßtaster mit steuerbar veränderlicher

ίο Meßrichtung in Verbindung mit bekannten elektronischen Hilfsgeräten eine Profilmessung einfach und sicher durchgeführt wird.

In F i g. 2 ist ein Längenmeßtaster dargestellt, bei dem gegenüber F i g. 1 das zweiwertige Gelenk 3 als Kreuzführung ausgebildet ist. Der Tasthebel 1 wird in einem Gelenkstück 25 geführt, das wieder eine Verschiebung des Tasthebels in der Meßebene entlang der Achse 8 zuläßt, das sich aber auf der Grundplatte 10 selbst noch entlang einer Achse 26 verschieben kann, die in der Meßebene liegt und senkrecht zur Achse 8 verläuft. Außerdem fällt in der Nullage 21 des Tasthebels 1 sein Anlenkpunkt 6 nicht mit der Drehachse 5 von Scheibe 14 zusammen, sondern ist um den Betrag des Radius seines kreisförmig ausgebildeten Tastendes 2 versetzt dazu angeordnet

Daraus folgt, daß jede Verschiebung des Tasthebels parallel zu seiner Nullage 21 erfolgt, daß die Meßrichtung am Tastende 2 gleich ist mit der Richtung der Geradführung 4, daß die Länge des Tasthebels 1 keinen Einfluß auf die Messung hat und daß in diesem Fall der Meßkopf das Sollprofil abfahren muß, damit bei unausgelenktem Tasthebel der momentane Berührungspunkt am Tastende auch das Sollprofil beschreibt
Bei dem Längenmeßtaster nach Fig.3 ist der Tasthebel 1 starr an einem ersten Schlitten 30 befestigt, der sich in Richtung der Achse 8 in einem zweiten Schlitten 31 verschieben läßt Dieser zweite Schlitten läuft entlang der Achse 26, senkrecht zum ersten Schlitten und ebenfalls in einer Ebene parallel zur Meßebene, auf der mit entsprechenden Führungen 32 versehenen Grundplatte 10. An der Grundplatte ist wieder, in diesem Fall von unten, die drehbare Geradführung 4 befestigt Der Tasthebel 1 ist mit der Stange 11 der Geradführung durch einen Bolzen 33 verbunden, weshalb der Schlitten 31 und die Grundplatte 10 entsprechende Durchbrüche 34,35 aufweisen.

Entscheidend ist bei dieser Ausführung, daß das zweiwertige Gelenk, welches als Kreuzführung von den beiden Schlitten 30, 31 gebildet wird, über der Geradführung liegt und der Kreuzungspunkt der Achsen 8 und 26 mit dem Bolzen 33 zusammenfällt, wenn sich der Tasthebel in seiner Nullage 21 befindet.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

27 Ol 377 Patentansprüche:

1. Längenmeßtaster mit steuerbar veränderlicher Meßrichtung für Zweikoordinaten-Meßköpfe gekennzeichnet durch einen in der Meßebene liegenden Tasthebel (1) mit kreisförmig ausgebildetem, am zu messenden Werkstück anliegenden Tastende (2), der erstens in einem zweiwertigen Gelenk (3) unmittelbar am Meßkopf (10) gelagert ist welches eine Verschiebung des Tastendes (2) in der Meßebene* in beliebiger Richtung zuläßt, der zweitens mit seinem anderen Ende (6) an einer Geradführung (4) angelenkt ist, die ihrerseits auf einer Scheibe (14) sitzt und um eine senkrecht zur Meßebene stehende Achse (5) um beliebige Winkel drehbar am Meßkopf (10) befestigt ist, und der drittens an seinem Anlenkpunkt (6) mit einer Meßkraft (15) beaufschlagt ist, die in Richtung der Geradführung wirkt, wobei die Verschiebung des Anlenkpunktes (6) mit einem an der Scheibe (14) befestigten Wegaufnehmer (16) meßbar ist

2. Längenmeßtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß für die Drehung der Geradführung (4) ein programmgesteuerter Schrittmotor vorgesehen ist

3. Längenmeßtaster nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß bei unausgelenktem Tasthebel (1) sein Anlenkpunkt (6) an der Geradführung (4) mit der Drehachse (5) der Geradführung zusammenfällt

4. Längenmeßtaster nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß das zweiwertige Gelenk (3) ein Dreh-Schub-Gelenk ist dessen Drehachse (7) senkrecht zur Meßebene zwischen der Geradführung (4) und dem Tastende (2) angeordnet ist und dessen Schubachse (8) mit der Verbindungslinie zwischen dem Anlenkpunkt (6) an der Geradführung und dein Mittelpunkt des Tastendes (2) zusammenfällt

5. LängenmeBtaster nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Tasthebels (1) zwischen dem Anlenkpunkt (6) an der Geradführung und dem Mittelpunkt des Tastendes (2) doppelt so groß ist wie der Abstand zwischen der Drehachse (5) der Geradführung (4) und der Drehachse (7) des Dreh-Schub-Gelenks (3).

6. Längenmeßtaster nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß das zweiwertige Gelenk (3) als Kreuzführung (25) ausgebildet ist

7. Längenmeßtaster nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei unausgelenktem Tasthebel (1) sein Anlenkpunkt (6) an der Geradführung (4) nicht mit deren Drehachse (5) zusammenfällt sondern um den Betrag des Radius seines kreisförmig ausgebildeten Tastendes (2) versetzt dazu angeordnet ist, und zwar entgegengesetzt zur Richtung der Meßkraft (15).

8. Längenmeßtaster nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet daß die drehbare Geradführung (4) und die Kreuzführung (30,31) in Ebenen parallel zur Meßebene übereinander angeordnet sind, so daß bei unausgelenktem Tasthebel (1) sein Anlenkpunkt (33) über dem Kreuzungspunkt der Kreuzführung liegt.

Die Erfindung betrifft einen Längenmeßtaster mit steuerbar veränderlicher Meßrichtiing für ZweikoordinatenMeßköpfe. lyfit derartigen Einrichtungen wird ein Meßsignal

s erzeugt, dajs an jeder Stelle proportional ist den Abwiachuiigen zwischen einer ebenen Bezugskurve und einer Pruflingskontun Dazu fährt der Meßkopf üi bekannter Weise die Bezugskurve ab, während das Tastende des Längenmeßtasters durch eine Meßkraft in

ίο ständiger Anlage an den Prüfling gehalten wird. Insbesondere werden so unmittelbar die Maßabweichungen zwischen einer SoU-PröfUform und der Ist-Profilfonn eines Werkstückes gemessen. Die Meßrichtung des Längenmeßtasters muß dabei steuerbar veränderlich sein, wenn die Abweichungen an jedem beliebig gekrümmten Profil nach einer bestimmten

Gesetzmäßigkeit zum Beispiel immer senkrecht zum

Sollprofil erfaßt werdensollen.

Diese Einrichtungen sind zu unterscheiden von jenen,

deren Meßkopf statt des Sollprofils selbsttätig dem IstprÖfil aiii Prüfling folgt und dieses dabei koordinatenmäßig erfaßt Die Maßabweichungen werden dann rechnerisch gegenüber dem gespeicherten Sollprofil ermittelt öer dabei eingesetzte Taster dient lediglich als Fühlglied für die notwendige Folgesteuerung des

Meßkopfes. Er gibt jeweils so lange ein Signal, bis der

Meßkopf mit seinem Bezugspunkt das Istprofil erreicht

hat

Es sind Meßeinrichtungen gemäß dem Oberbegriff

der Erfindung bekannt die beim Abfahren des Sollprofils einen einfachen Wegaufnehmer mittels Kurvensteuerung ständig in die gewünschte Meßrichtung drehen. Nachteilig ist daß hierfür sehr genaue Meisterkurven erforderlich sind, die für jedes Meßpro blem mit großem Aufwand neu erstellt werden müssen. Ferner gibt es Meßköpfe, insbesondere an großen Meßmaschinen, die sich steuerbar um eine Achse drehen können. Wird an ihnen ein einfacher Längenmeßtaster befestigt läßt sich beim Abfahren einer Kontur in der zugehörigen Ebene senkrecht zur Drehachse jede gewünschte Meßrichtung ansteuern. Abgesehen von dem sehr großen Aufwand solcher Anlagen kann dieser Meßaufbau in folgenden Fällen nicht angewendet werden: Sollen kleine, im wesentli chen hohle Werkstückkonturen wie Zahnlücken oder Nutprofile vollkommen ausgemessen werden, ändert sich die Meßrichtung über einen sehr großen Bereich, und die Drehachse des Meßkopfes müßte dicht an das Lückenprofil heran- oder sogar hineingebracht werden.

Diese Forderung ist aus Platzgründen grundsätzlich nicht zu erfüllen, wenn sich der ganze Taster in der Meßebene befindet, weil er dann wesentlich kleiner sein müßte als das zu messende Lückenprofil. Häufig wird daher in solchen Fällen ein Winkeltaster eingesetzt der nur mit seinem Tastende in die Meßebene hineinragt oder es wird ein Hebel zwischengeschaltet um mit dem Taster in eine Parallelebene zur Meßebene auszuweichen. Aber auch diese Lösungen sind unbrauchbar, wenn sich das Werkstückprofil senkrecht zur Meßebene sehr weit erstreckt, so das der Meßaufbau zu labil würde und die gewünschte Meßsicherheit nicht zu erreichen ist, oder wenn das Profil in der genannten Richtung gar nicht zugänglich ist, weil es beispielsweise sehr stark verwunden ist.

b5 Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Längenmeßtaster mit steuerbar veränderlicher Meßrichtung zu entwickeln, der im wesentlichen in der Meßebene anzuordnen ist und in einem Meßvorgang