DE2705787B2

DE2705787B2 -

Info

Publication number: DE2705787B2
Application number: DE2705787A
Authority: DE
Inventors: Gerd Dietikon Sommer; Armin Thalwil Sterki
Original assignee: Maag Zahnrader und Maschinen AG
Current assignee: Maag Zahnrader und Maschinen AG
Priority date: 1976-02-12
Filing date: 1977-02-11
Publication date: 1980-05-29
Also published as: US4228591A; DE2705787A1; GB1578162A; FR2341127B1; CH596538A5; GB1578163A; JPS6113161B2; FR2341127A1; JPS5298551A; DE2705787C3

Description

mit Blockdiagramm der zugehörigen Schaltung,

F i g. 2 die Draufsicht des Tastgerätes beim Abtasten einer linken Zahnflanke,

F i g. 3 die Draufsicht des Tastgerätes beim Abtasten einer rechten Zahnflanke und

Fig.4 die Vorderansicht des Tastgerätes, das eine willkürliche Lage im Raum einnimmt

Das dargestellte Tastgerät besitzt einen Sockel 1, auf dem ein Winkel 2 befestigt ist, der einen als Permanentmagnet-Gleichstrommotor gebauten elektri- i" sehen Antrieb 3 trägt. An zwei Stirnseiten des Sockels 1 ist je ein Flachfederpaar 4 und 5 mit je einem Ende befestigt; an den anderen Enden der Flachfederpaare ist ein Träger 6 befestigt. Die beiden Flachfederpaare 4 und 5 bilden mit dem Sockel 1 und dem Träger 6 ein Parallelogramm. Auf dem Träger 6 ist ein Taster 7 mit einem kugelförmigen Ende 8 befestigt Der Träger 6 ist mit einer Ausnehmung 9 versehen; in diese greift eine Kugel 10, die exzentrisch auf der Welle 11 des Antriebs 3 befestigt ist Auf dem Träger 6 ist beidseitig des Sockels 1 je eine Lasche 12 bzw. 13 befestigt in die Stellschrauben 14 und 15 eingelassen sind. Die Stellschraube 14 trägt einen einseitig gehaltenen Meßanker 16 eines Meßwertgebers 17. Die Stellschraube 15 dient als Anschlag bzw. Wegbegrenzung des ^2Γ> Trägers 6; eine nicht sichtbare, entsprechende Stellschraube in der Lasche 13 dient ebenfalls als Anschlag.

An den Meßwertgeber 17 ist eine Meßwertgeberelektronik 18 angeschlossen, die einerseits verbunden ist mit einem Wegsignal-Anzeigeinstrument 19 und anderer- "' seits mit einer Kompensationsschaltung 20 für das Parallelogramm. Die Kompensationsschaltung 20 besteht aus einem einstellbaren Spannungsteiler und einem ansteuerbaren Signalinverter und ist über ein Summierglied 21 mit zwei Verstärkern 22 und 23 '"' verbunden. Der Verstärker 23 ist kombiniert mit einem Treiber, der auf den Motor 3 wirkt. Der Verstärker 22 ist über ein Summierglied 24 verbunden mit einem Potentiometer 25 für die Gewichtskompensation und einem Potentiometer 26 für die Vorspannkraft. Das ^m Potentiometer 26 ist mit einem Kontakt zum Erzeugen des Steuersignals versehen. Die Kompensationsschaltung 20 und das Potentiometer 26 sind über eine Steuerleitung 27 miteinander verbunden. Die elektronischen Einheiten 17 bis 26 stellen an sich bekannte und ^4Γ> handelsübliche Bausteine dar oder lassen sich mit elektronischen Komponenten auf einfache Art und Weise realisieren.

Bei Auslenkung des Tasters 7 durch ein zu messendes Objekt, z. B. die eine Flanke eines Zahnradzahnes 28, ^Γ)0 wird über den Taster 7, den Träger 6, die Lasche 12, die Stellschraube 15 und den Meßanker 16 der Meßwertgeber 17 angesprochen. Infolgedessen liefert der Meßwertgeber 17 ein der Größe der Auslenkung proportionales Wegsignal, das in der Meßwertgeberelektronik 18 in ein Gleichstromwegsignal umgeformt wird. Die Polarität des Gleichstromwegsignals entspricht der Auslenkrichtung und seine Spannung entspricht der Größe der Auslenkung, die durch das Wegsignal-Anzeigeinstrument 19 angezeigt wird. Bei Auslenkung des ^h0 Tasters 7 wird gleichzeitig über die Kugel 10 und die Welle der Rotor des Motors 3 verdreht

Mit zunehmender Größe der Auslenkung nimmt die Rückstellkraft der Flachfederpaare 4 und 5, und somit des gesamten Parallelogramms, ebenfalls zu (F i g. 2 und ^b5 3). Das Gleichstromwegsignal wird nun aber über die Kompensationsschaltung 20 nach Größe und Vorzeichen für die Auslenkrichtung ±Sauf das Summierglied 21 geschaltet Dadurch verändert der Verstärker 23 und zugleich Treiber den Strom des elektrischen Antriebs 3 und damit das Drehmoment von dessen Rotor in Funktion der Auslenkung. Da dieses Drehmoment über die Motorwelle 11 und über die Kugel 10 auf den Träger 6 wirkt, werden die zunehmenden Rückstellkräfte der Flachfederpaare 4 und 5 kompensiert und der Auflageoder Meßdruck des Tasters 7 auf das zu messende Objekt 28 annähernd konstant gehalten. Dieser Meßdruck F ist damit unabhängig von der Größe der Auslenkung, also von der Fehlergröße des zu messenden Objektes, im angenommenen Beispiel der linken oder rechten Flanke des Zahnes 28.

Das Wegsignal wird je nach dem ob eine linke oder eine rechte Zahnflanke gemessen wird, durch das entsprechende, von der Steuerleitung 27 übertragene Steuersignal des Potentiometers 26 in der Kompensationsschaltung 20 durch den Signalinverter invertiert. Die Kompensationsrichtung ist abhängig von der Meßart. Das Steuersignal wird von der Polarität des Vorspann-Sollwertes im Potentiometer 26 abgeleitet. Die Einstellung der Kompensation ist abhängig von der Steifheit der Flachfederpaare 4 und 5 und somit eine einmalige Einstellung. Das Drehmoment des elektrischen Antriebs 3 wird somit nach Größe und Richtung elektronisch eingestellt und die durch das System der Federpaare 4 und 5 verursachte Auflagedruckänderung des Tasters 7 wird entsprechend der Größe der Auslenkung elektronisch kompensiert.

Weicht die Lage des Tastgerätes von der Horizontalen ab, dann bewirkt das Gewicht C der beweglichen Teile eine zusätzliche oder abzügliche Kraftkomponente Fg auf die Meßfläche (Fig. 4). Mit der Gewichtskompensation durch das Potentiometer 25 kann durch Vorgabe eines festen, von der Lage des Tastgerätes abhängigen Sollwertes diese Kraft Fg durch die entgegengesetzt gerichtete Kraft Fd kompensiert werden. Dies kann sehr einfach am Potentiometer 25 für eine bestimmte Schräg- oder sogar Senkrechtlage so eingestellt werden, bis die Weganzeige bei freischwebendem Taster 7 auf Null steht und das Tastgerät somit im Gleichgewicht ist. Ist der Vorspannkraft-Sollwert auf Null eingestellt, wirkt nur noch der Gewichtskompensations-Sollwert auf das Summierglied 24. Im Betrieb wird der Vorspann-Sollwert im Summierglied 24 zum Gewichtskompensations-Sollwert, dessen Vorzeichen abhängig ist von der Meßart, vorzeichenrichtig addiert und im Verstärker 22 verstärkt. Sodann wird im Summierglied 21 das resultierende Signal vom Verstärker 22 zum Parallelogrammkompensations-Sollwert vorzeichenrichtig addiert und der Verstärker 23 mit Treiber angesteuert, der seinerseits den Motorstrom liefert zur Erzeugung des Drehmomentes an der Kugel 10 und damit der Vorspannkraft am Taster 7. Damit wird der Auflagedruck des Tasters 7, unabhängig von der Lage des Gerätes im Raum, praktisch konstant gehalten.

In rechnergesteuerten automatisierten Meßsystemen können die Potentiometer 25 und 26 durch Digital-Analogwandler ersetzt werden. Die Vorgabe der Vorspann- und Kompensationswerte erfolgt dann durch den Rechner.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Tastgerät, insbesondere für Messungen an Zahnrädern, mit einem Taster, der an einem vorzugsweise parallelogrammartigen Federsystem angeordnet und mittels eines elektromagnetischen Antriebes wahlweise in zwei entgegengesetzten Richtungen an ein Meßobjekt, insbesondere einander gegenüberliegende Zahnflanken, anlegbar ist, wobei dem Taster zum Messen seiner Auslenkung ein Meßwertgeber zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der vom elektromagnetischen Antrieb (3) auf den Taster (7) ausgeübten Kraft in beiden Meßrichtungen des Tasters mittels einer vom Meßwertgeber (17) gesteuerten, die Stromaufnahme des Antriebs regelnden Schaltung (18—27) einstellbar ist und von dieser zum Konstanthalten der vom Taster auf das Meßobjekt (Zahm 28) ausgeübten Meßkraft (F) selbsttätig an die Auslenkung des Tasters angepaßt wird.

2. Tastgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (18—27) eine das Meßsignal des Meßwertgebers (17) in ein Gleichstromsignal umwandelnde Meßwertgeberelektronik (18) aufweist, und der elektromagnetische Antrieb (3) ein Permanentmagnet-Gleichstrommotor ist

3. Tastgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (18—27) ein erstes Potentiometer (25) für die Gewichtskompensation der beweglichen Teile des Tastgerätes und ein zweites Potentiometer (26) zum Einstellen der vom Antrieb (3) bei gegebener räumlicher Lage des Tastgeräts auf den Taster (7) ausgeübten Kraft aufweist.

Die Erfindung betrifft ein Tastgerät, insbesondere für Messungen an Zahnrädern, nach dem Oberbegriff des Anpruchs 1.

Bei einem bekannten Tastgerät dieser Gattung (DE-OS 23 64 917) ist der elektromagnetische Antrieb entweder ein Elektromotor oder ein Elektromagnet. Bei der Ausführung mit Elektromotor ist an dessen Welle eine Kurbel befestigt, die um mehr als 180° und weniger als 360° zwischen zv/ei Übertotpunktstellungen hin- und herdrehbar ist. Bei der Ausführung mit Elektromagnet ist als Magnetanker ein zwischen zwei Anschlagstellungen hin- und herschwenkbarer Hebel vorgesehen, an dem eine Feder derart angreift, daß die beiden Anschlagstellungen zugleich Übertotpunktstellungen sind. In beiden Fällen ist die Meßkraft nur ihrer Richtung nach vom elektromagnetischen Antrieb bestimmt, ihrer Größe nach aber von den Meßbedingungen, u. a. von der Lage des Tastgerätes im Raum, abhängig. Die Größe der Meßkraft läßt sich zwar durch Verdrehen einer mit Drehknopf versehenen Schraube verstellen, die über Federn auf den Taster einwirkt. Dabei ist jedoch die Meßkraft außer von den Federkonstanten dieser Federn auch noch von den Federkonstanten eines den Taster tragenden, parallelogrammartigen Blattfedersystems und einer weiteren Blattfeder abhängig, die den Taster mit dem elektromagnetischen Antrieb verbindet. Infolgedessen kann die tatsächliche Meßkraft bei jeder einzelnen Messung je nach Auslenkung des Tasters mehr oder weniger stark

ίο

von der eingestellten Meßkraft abweichen.

Bei einem anderen bekannten Tastgerät (DE-GM 19 20551) ist der Taster an dem einen Schenkel eines schwenkbar gelagerten Winkelhebels befestigt Der zweite Schenkel des Winkelhebels drückt gegen einen Tastbolzen eines Anzeiggerätes und ist durch zwei im Abstand von seiner Drehachse an ihm angreifende Federn mit je einem Kurbelarm verbunden. Die Kurbelarme sind auf je einer selbsthemmend gelagerten Welle befestigt, die sich mittels eines Drehknopfes drehen läßt Mit dem einen Drehknopf lassen sich Richtung und Größe der vom Taster auf ein Meßobjekt ausgeübten Meßkraft einstellen. Mit dem zweiten Drehknopf läßt sich die vom Tastbolzen des Anzeigegerates auf den Winkelhebel ausgeübte Kraft kompensieren. Damit kann man zwar die Meßkraft für eine bestimmte Messung genau einstellen; man hat aber nicht die Gewähr, daß die eingestellte Meßkraft auch bei nachfolgenden Messungen hinreichend genau eingehalten wird, denn der Taster, der unter der Wirkung der genannten Federn bestrebt ist, eine bestimmte, von der Einstellung der Drehknöpfe unabhängige Ruhestellung einzunehmen, übt auf das Meßobjekt eine umso größere Meßkraft aus, je weiter er von diesem aus seiner Ruhestellung ausgelenkt wird, denn die Meßkraft hängt bei gegebener Einstellung der Drehknöpfe von der bei zunehmender Auslenkung zunehmenden Kraft der Federn ab.

Entsprechendes gilt für ein weiteres bekanntes Tastgerät (DE-OS 23 64 918) bei dem über einen Stellring ebenfalls nur die Vorspannung eines Paars Federn einstellbar ist, deren Gesamtspannung von Messung zu Messung bei unterschiedlicher Auslenkung des Tasters unterschiedlich ist und unmittelbar in die Meßkraft eingeht.

Somit bleibt die Meßkraft bei keinem dieser bekannten Tastgeräte unabhängig von derjenigen Meßbedingung, die sich nicht nur von Meßreihe zu Meßreihe, sondern in den meisten Fällen schon innerhalb der einzelnen Meßreihe ändert, nämlich von der Auslenkung des Tasters, die ja mit dem Meßwert selbst zusammenhängt. Ferner ist bei den bekannten Tastgeräten eine Veränderung der Meßkraft nur durch eine manuelle Einwirkung auf das Tastgerät selbst möglich und auch dadurch werden die Meßbedingungen in einer Weise verändert, die für die heute vielfach nötigen Messungen unterhalb des Mikrometerbereichs nicht mehr ohne weiteres hingenommen werden kann.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Tastgerät derart weiterzubilden, daß die zwischen dem Taster und dem Meßobjekt wirkende Meßkraft ohne manuelle Einwirkung auf das Tastgerät selbst auf einen bestimmten Wert einstellbar ist, der bei den darauffolgenden Messungen unabhängig von den einzelnen Meßwerten eingehalten wird.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst

Weitere Erfindungsmerkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Das erfindungsgemäße Tastgerät hat vor allem den Vorteil, daß durch Konstanthalten des Meßdruckes große Meßgenauigkeiten unter den verschiedensten Betriebsbedingungen erreichbar sind. Es läßt sich ohne weiteres einrichten, daß der Meßdruck fernsteuerbar ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 ein Tastgerät in perspektivischer Darstellung