DE2705787C3 - - Google Patents
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Description
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 zwei Übertotpunktsteilungen 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 Übertotpunktsteilungen
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 von der eingestellten Meßkraft abweichen.
Bei einem anderen bekannten Tastgerät (DE-GM 19 20 551) 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 Anzeigege- -. ätes 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 meis;*n Fällen schon
innerhalb der einzelnen Meßreihe ändert, nämlich von der Auslenkung des Tasters, die ja mit dein 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.
<>o 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.
5 Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beschrieben.
Es zeigt
Fig. 1 ein Tastgerät in perspektivischer Darstellung
mit Blockdiagramm der zugehörigen Schaltung,
F i g. 2 die Draufsicht des Tastgerätes beim Abtasten
einer linken Zahnflanke,
H 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 Desitzt einen Sockel 1, auf dem ein Winkel 2 befestigt ist, der einen als
Permanentmagnet-Gleichstrommotor gebauten elektrischen 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
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 verbunder, ist mit
einem Wegsignal-Anzeigeinstrument 19 und andererseits 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 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
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,
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
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 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
ι ti Flachfederpaare 4 und 5 kompensiert und der Auflage-
oder 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 iv.
>ler Kompensationsschaltung 20 durch den Signaiinvemr 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 bewirk« das Gewicht G der beweglichen
Teile eine zusätzliche oder abzügliche Kraftkomponente Fa auf die Meßfläche (F i g. 4). Mit der Gewichtskompensation
durch das Potentiometer 25 kann durch Vorgabe eines festen, von der Lage des Tastge-ätes
abhängigen Soliwertes diese Kraft Fc durch die
to entgegengesetzt gerichtete Kraft Fd kompensiert wercsn. 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 Vorspannkratt-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 sum 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
M> gehalten.
In rechnergesteuerten automatisierten Meßsys'emen können die Potentiometer 25 und 26 durch Digital-Analogwandler
ersetzt werden. Die Vorgabe der Vorspann- und Kompensationswerte erfolgt dann durch den
μ Rechner.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
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 (Zahn 28) ausgeübten Meßkraft (F) selbsttätig aii 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
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