DE2725996A1

DE2725996A1 - Elektronische fuehlereinheit fuer messmaschinen

Info

Publication number: DE2725996A1
Application number: DE19772725996
Authority: DE
Inventors: Ugo Cavicchioli; Francesco Germano; Gianfranco Migliardi
Original assignee: DEA Digital Electronic Automation SpA
Current assignee: DEA Digital Electronic Automation SpA
Priority date: 1976-06-09
Filing date: 1977-06-08
Publication date: 1977-12-22
Also published as: JPS5313451A; DE2725996C2; GB1580232A; CH617113A5; US4159429A

Description

WILHELMS & KILIAN

sr

DR. ROLF E. WILHELMS DR. HELMUT KILIAN

βΟΟΟ MÜNCHEN

TELEFON (ON) 47 4O 73* TELEX B234 07 <v*p-d) TEtEORAMME PATRANe MÜNCHEN

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DEA DIGITAL ELECTRONIC AUTOMATION S.p.A,
024 MONCALIERI (Turin, Italien)

Elektronische Fühlereinheit für
Meßmaschinen

Priorität 1 9. Juni 1976, Italien - Nr. 68 4OO-A/76 k. Mai 1977, Italien - Nr. 67 998-A/77

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BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Fühlereinheit, die insbesondere zur Verwendung in Verbindung mit Meßmaschinen geeignet ist und eine Anzahl von Fühlerwerkzeugen umfaßt, die ein elektrisches Ausgangssignal zur Angabe der Lage der Berührstelle des Fühlerwerkzeugs mit einem Werkstück abgeben, wobei Je nach Typ des Fühlerwerkzeugs die Lage entweder dann gemeldet wird» wenn das Fühlerwerkzeug die Gleichgewichtslage verläßt oder wenn es durch die Gleichgewichtslage geht.

Es sind gewisse PUhlerwerkzeuge bekannt, sowohl in allen Richtungen arbeitende als auch zweidimensionale oder dreidimensionale, d.h. solche, bei welchen die Spitze des Fühlerwerkzeugs längs dreier oder zweier oder einer Achse beweglich ist. Beispielsweise sind die in den italienischen Patentanmeldungen Nr. 70 und Nr. 69 57^-A/75 des Anmelders beschriebenen Fühlerwerkzeuge elektronische, in allen Richtungen arbeitende Fühler des Typs, bei welchem ein elektrisches Signal erzeugt wird, wenn der Fühler die Gleichgewichtelage verläßt. Andere Fühl erwerk zeuge, zweidimensional und

eindimensionale, sind beispielsweise aus der US-PS 3 727 119 und aus der britischen Patentschrift 855 676 bekannt.

Venn Messungen an Außenflächen oder in Innenbereichen

vorgenommen werden, wo es möglich ist, mit der geearamten Säule der Maschine länge ihrer Achse (Z-Achse) einzu dringen, oder wenn aweidimensionale oder eindimensionale

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Pühler verwendet werden, ist es manchmal notwendig Fühlerwerkzeuge einzusetzen, deren Achsen in aufeinanderfolgenden Stadien längs verschiedener Richtungen angeordnet werden. Es ist daher notwendig, das einzelne Fühlerwerkzeug vom Kopf der Meßmaschine abzunehmen und es zu ersetzen oder in einer anderen Lage anzuordnen.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Fühlereinheit zu schaffen, die eine Anzahl von Fühlerwerkzeugen des oben genannten Typs umfaßt und die ein schnelles und einfaches Ausführen von Messungen an Außenflächen oder in Innenbereichen, in welche ein Eindringen für die FUhlereinheit möglich ist, gestattet, ohne daß ein Ersetzen der einzelnen Fühlerwerkzeuge zur Anordnung derselben in verschiedenen Stellungen notwendig ist.

Erfindungsgemäß wird eine Fühlereinheit zur Verwendung in Verbindung mit Meßmaschinen vorgesehen, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß sie eine Anzahl von Fühlerwerkzeugen, von denen jedes mit einem Stab versehen ist, der so angeordnet ist, daß er mit der abzutastenden Oberfläche in Berührung gelangt, einen mit dem Stab verbundenen beweglichen Körper, einen feststehenden Körper, eine erste Einrichtung zur Lieferung eines ersten Signals, wenn der bewegliche Körper die Gleichgewichtslage bezüglich des feststehenden Körpers verläßt oder wenn der bewegliehe Körper durch eine bestimmte Lage bezüglich des feststehenden Körpers geht, und eine zweite Einrichtung zur Angabe, von welchem der verschiedenen Fühlerwerkzeuge das erste Signal stammt, umfaßt.

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Zum besseren Verständnis der Erfindung sind im folgenden einige bevorzugte Ausführungsformen derselben in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung beschrieben. Auf dieser ist bzw. sind

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Fühlereinheit gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine Draufsicht der in Fig. 1 gezeigten Fühlereinheit mit Schnitt längs Linie H-II,

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Fühlereinheit der Fig. 1 mit einem Kabel für den Anschluß an eine Meßmaschine,

Fig. h eine Draufsicht, mit Schnitt längs Linie IV-IV aus Fig. 3f des Außenkörpers der in Fig. 3 gezeigten Fühlereinheit,

Fig. 5 eine Seiten-Teilansicht, teilweise geschnitten längs Linie V-V aus Fig. 2, der in Fig. 2 gezeigten Fühlereinheit,

Fign. 6, 7 bzw. 8 eine Draufsicht des feststehenden

Körpers, eine Ansicht von unten und eine Draufsicht des beweglichen Körpers der Schalt-

vorrichtung jedes der einzelnen in der in Fig.

gezeigten Einheit enthaltenen Fühlerwerkzeuge

Fig. 9 bzw. 10 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Fühlereinheit und ein Schaltbild der Schaltvorrichtung jedes der einzelnen in der in Fig.

gezeigten Einheit enthaltenen Fühlerwerkzeuge,

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Fign. 11 und 12 teilgeschnittene Seitenansichten von Teilen zweier weiterer Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Fühlereinheit, und

Fig. 13 ein Blockschaltbild eines Teils der

elektrischen Schaltung der in den in den Figuren 11 und 12 gezeigten Einheiten enthaltenen einzelnen Fühler.

Wie in den Fign. 1 bis 5 gezeigt, weist die Fühlereinheit nach der Erfindung einen Gehäusekörper 1 mit einer daran mit Hilfe von vier Schrauben 8 (Fign. 2 bis 5) befestigten oberen Abdeckung 2 auf. Der Gehäusekörper

I weist an seinem unteren Ende eine ebene Fläche k und an seinem oberen Ende vier abgefaste ebene Abschnitte 6 auf, die im gleichen Winkelabstand von 90 voneinander liegen. In der Mitte der Abdeckung 2 und nach oben ragend ist ein zylindrischer, mit einer geschliffenen

__o Außenfläche und mit einem Innengewinde versehener Griff

II ausgebildet, welcher in bekannter Weise an einen Kopf einer Meßmaschine (nicht gezeigt) angeschlossen ist. Die ebene Fläche 4 an der Unterseite und die vier abgefasten ebenen Abschnitte 6 des Gehäusekörpers 1

₂- weisen jeweils eine durchgehende Bohrung 12 (Fig. k) auf, wobei diese fünf Bohrungen 12 mit fünf im inneren des Gehäusekörpers 1 ausgebildeten Ausnehmungen I3 koaxial sind. In einem Mittelbereich des Gehäusekörpers 1 ist mit Hilfe von vier Schrauben 15 (Fign.

_₀ k und 5) ein im wesentlichen kubischer Block 14 befestigt. Auf fünf Seiten des Blocks Ik sind drei in der jeweiligen Ausnehmung 13 angeordnete und im gleichen Winkelabstand von 120° angeordnete Stützen 17 ein-

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geklebt. Mit dem unteren Ende der Stützen 17 ist mit Hilfe von Schrauben 18 ein feststehender Block 21 (Fign. 3 und 6) in Form eines ringförmigen Kranzes mit einer kegelstumpfförmigen zentralen durchgehenden Bohrung 22 verbunden. Auf dem oberen Teil des Blocks 21, dessen Oberfläche isolierend gemacht ist, ist ein Isolationseinsatz 23 befestigt, welcher mit drei Bohrungen 2k für den Durchtritt der Stützen 17 versehen ist und aus welchem ein Metallklotz mit einer ebenen Oberfläche, zwei Metallkugeln 208 und drei Metallkugeln 209, entsprechend dem in der italienischen Patentanmeldung Nr. 69 57^-a/75 beschriebenen Aufbau, hervorragen. Der Isolationseinsatz 23 trägt außerdem eine gedruckte Schaltung mit einer Eingangsverbindung 212, die zwischen dem Außen rand des Isolationseinsatzes 23 und einer der Kugel 208 angeordnet ist, einer Verbindung 213 zwischen der anderen Kugel 208 und dem Klotz 207 und drei Ausgangsverbindungen 214, von denen jede zwischen einer der Kugeln 209 und dem Außenrand des Isolationseinsatzes 23 verläuft. Auf dem feststehenden Block 21 ist ein beweglicher Block 27 angeordnet, der mit drei im Vinkelabstand von 120 angeordneten schrägen äußeren Nuten 28 versehen ist, die den Durchtritt der Stützen 17 gestatten. Auf der unteren Fläche des beweglichen Blocks 271 welche isolierend ausgebildet ist, ist ein Isolationseinsatz 221 befestigt, aus welchem ein Stift 218 und zwei Kugeln 219 und 220, entsprechend dem in der italienischen Patentanmeldung Nr. 69 57^-a/75 beschriebenen Aufbau, hervorragen. Auch dieser Isolationseinsatz 221 trägt eine gedruckte Schaltung, welche eine Verbindung 222 zwischen den Kugeln 219 und 220 enthält.

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In eine axiale Gewindebohrung 33 des beweglichen Blocks 27 ist das Ende eines Meßstabes 35 eingeschraubt, der aus dem Gehäusekörper 1 herausragt. Gegen den oberen Bereich des beweglichen Körpers 27 wirkt eine zylindrische Feder 371 deren anderes Ende gegen eine Justierschraube 38 wirkt, die in einem im mittleren Block 1^ ausgebildeten, mit einem Gewinde versehenen Sitz 41 angeordnet ist.

Zwischen dem mittleren Block 14 und dem Jeweiligen feststehenden Block 21 in den einzelnen der fünf Ausnehmungen I3 ist ein ringförmiges zylindrisches Element k2 angeordnet, welches eine gedruckte Schaltung trägt, deren Anschlüsse mit der Eingangsverbindung 212 und den drei Ausgangsverbindungen 21^ des Isolationseinsatzes 23 verbunden sind. Der Isolationseinsatz 23 und der Isolationseinsatz schaffen elektrische Verbindungen zwischen den verschiedenen Elementen (Kugeln, Klötze und Stift) der Blöcke 21 und 27, so daß sechs in Serie und parallel verbundene Schalter definiert werden, die sich mit einer Schalteinheit vergleichen lassen, die beim Öffnen irgendeines der sechs Schalter ein Signal abgibt. Gemäß Fig. 10 wird die Schalt einheit,.

die insgesamt mit 150 bezeichnet ist, durch die Eingangsverbindung 212 gebildet, welche bei der Reihenschaltung von zwei Schaltern I60 und 161 ankommt, die mittels der zwei mit dem Stift 218 zusammenwirkenden Kugeln 208 vorgesehen sind. Der Schalter Ιοί ist über die Verbindung 213 an einen Schalter 162 angeschlossen, der durch den Block und die Kugel 219 gebildet wird. Der Schalter

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ist seinerseits wiederum über die Verbindung 222 an drei Schalter 163 angeschlossen, die durch die Kugel 220 und jeweils eine der drei Kugeln 209 gebildet sind. Die drei Schalter I63 sind mit Hilfe von Verbindungen 43 an ein logisches ODER-Glied I65 angeschlossen, welches mit einer im Gehäusekörper 1 liegenden gedruckten Schaltung 44 verbunden ist (Fig. 4). Mit der gedruckten Schaltung 44, die ein Zwischen-Anschlußelement bildet, sind die Verbindungen kj verbunden, die zu den in den fünf Ausnehmungen I3 sitzenden fünf Fühlerwerkzeugen gehören, sowie die Anschlußdrähte für vier Signallampen 45» die in den vier abgefasten ebenen Abschnitten 6 angeordnet sind. Die gedruckte Schaltung 44 ist über fünf Anschlußdrähte 46, welche durch eine zentrale Öffnung 47 der Abdeckung 2 verlaufen mit den fünf unteren Kontakten eines doppelten elektrischen Steckers 48 verbunden. Der Stecker 48 ist mit Hilfe zweier Stifte 5I (Fig. 2) an einem Block 53 befestigt, welcher innerhalb des Griffs 11 angeordnet ist und mit Hilfe eines mit einem Gewinde versehenen Klemmrings 53 in Stellung gehalten wird, der in die mit einem Gewinde versehene innere Öffnung des Griffs 11 geschraubt ist. In den Block 52 sind senkrecht zwei Zentrierstifte 54 geschraubt, welche mit zwei Abschnitten hervorragen, von denen der eine einen größeren Querschnitt und der andere einen verminderten Querschnitt hat. In das Innere des Griffs 11 ist ein Anschlußblock 55 einsetzbar (Fig. 3), welcher mittels eines Kabels 56 mit einem Kupplungsstecker 57 verbunden ist, der die elektrische Verbindung zur Meßmaschine herstellt. Im unteren Teil

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des Anschluflblocks 55 sind ein elektrischer Stecker 63 für den Anschluß an den doppelten Stecker 48 und zwei Sitze 64 zur Aufnahme der zwei Zentrierstifte 54 darin angeordnet.
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Die elektrischen Schaltungen der erfindungsgemäßen Fühlereinheit sind in Fig. 9 gezeigt, in der für jedes der fünf Fühlerwerkzeuge, die die Fühlereinheit gemäß der Erfindung bilden, der Schalter I50, der durch die Anordnung der sechs durch die Kugeln 208, 209, 219 und 220, den Stift 218 und den Klotz 207 gebildet ist, schematisch, als einheitliche Schaltvorrichtung, gezeigt ist. Mit 70 ist ein Versorgungskabel mit negativer Spannung, beispielsweise -12 Volt, bezeichnet, welches zu einem Anschluß eines Schalters verläuft, der zu dem FUhlerwerkzeug gehört, dessen Meßstab 35 aus der unteren ebenen Fläche 4 ragt. Der andere Anschluß des Schalters 7¹ ist mit den Eingangsanschlüssen von zwei Schaltern 72 und 73 verbunden, die zu zwei Fühlerwerkzeugen gehören, deren Meßstäbe 35 aus zwei orthogonalen Abschnitten 6 hervorragen. Die Ausgänge der Schalter 72 und 72 gehen zu Eingängen von zwei anderen Schaltern 74 bzw« 75t die zu Fühlerwerkzeugen gehören, deren Meßstäbe 35 aus Abschnitten 6 hervorragen, welche zu den Abschnitten 6 der Stäbe 35 der entsprechenden in Serie liegenden Schalters 72 und 73 parallel sind. Die Ausgangsanschlüsse der Schalter 74 und 75 sind durch Verbindungen 76 über in Serie liegende Widerstände 78 mit Impedanzadapterblöcken 80 und 81 und mit zu einer Spannungsquelle mit einer Spannung +V, üblicher-

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weise + 5 Volt, abzweigenden Widerständen 69 verbunden. Die Ausgänge der zwei Blöcke 80 und 81, die ein Ausgangssignal auf einem logischen Pegel ausgeben können, gehen auf eine logische Addierschaltung 82 des Typs ODER, deren Ausgang auf die zueinander komplementären Eingänge zweier Speieherschaltungen 83 und 8k und eine Ausgangsleitung 86 gelangt. Die Schaltungen 83 und 8k, die üblicherweise monostabile Multlvibratoren umfassen, sind so eingerichtet, daß sie auf wechselseitig entgegengesetzten Wellenfronten aktiviert werden, für einen vorgegebenen Zeitraum aufeinanderfolgende Signale des gleichen Typs nicht annehmen und Jeweils mit einer Ausgangsleitung 87 versehen sind, die so eingerichtet ist, daß sie für eine vorgegebene Zeit die andere Schaltung sperrt. Der Ausgang der Schaltung 83 überträgt über eine Verbindung 88 ein Meßsignal auf die Meßmaschine.

Die Anschlüsse der Schalter 72, 7k bzw. 73, 75 sind mit den Anoden zweier Dioden 90 und 91 verbunden,

deren Kathoden über einen Widerstand 92 mit der Leitung 70 und direkt mit einem Impedanzadapterblock verbunden sind. Die Ausgänge der Adapterblöcke 80, und 93 gehen auf den Eingang einer Speicherschaltung 9k, auf welche außerdem, als Zustimmungssignal, das Ausgangssignal der Schaltung 83 gelangt; die Schaltung 9k liefert die Ausgangssignale zur Meßmaschine. Die Ausgänge der Blöcke 80, 81 und 93 gelangen auch auf die Eingänge einer Decodierschaltung 95» die außerdem das Ausgangssignal der ODER-Schaltung 82 empfängt; die Schaltung 95 liefert Steuersignale für eine Siebensegmentanzeige 9^$ die innerhalb des Kupplungssteckers

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57 (Pig. 3) angeordnet ist. Der Ausgang der logischen ODER-Schaltung 82 gelangt auch, als Zustimmungssignal, auf eine Gatterschaltung 991 an welcher ein Signal eines Generators 100 ankommt, welcher Rechteckwellen niedriger Frequenz, beispielsweise von 4 Hz, erzeugt. Von der Gatterschaltung 99 geht eine Ausgangsverbindung 101 weg, welche die vier Signallampen, die an die Leitung 70 angeschlossen sind, speist. Die Schaltung der Fig. 9 ist in zwei gestrichelt gezeichneten Abschnitten IO3 bzw. 104 enthalten, von denen der erste innerhalb des Gehäusekörpers 1 und auf der gedruckten Schaltung kk angeordnet ist, während der zweite innerhalb des Kupplungssteckers 57 sitzt. Die Verbindung zwischen den Abschnitten 103 und lOk geschieht durch fünf durch die Drähte k6 gebildete Verbindungsdrähte, die fünf Kontakte der Stecker 48 und 63 und das Kabel 56 (Fig. 3).

Die Wirkungsweise der oben beschriebenen erfindungsgemäßen FUhlereinheit ist folgende.

Wenn das Ende keines der fünf Meßstäbe 35 mit der abzutastenden Oberfläche in Berührung steht, dann liegen diese in der Gleichgewichtslage, die dadurch bestimmt wird, daß unter der Wirkung der Feder 37 der bewegliche Block 27 gegen den feststehenden Block 21 gepreßt wird; d. h., die Kugel 220 liegt gegen die drei Kugeln 209, der Stift 218 liegt gegen die zwei Kugeln 208 und die Kugel 219 liegt gegen den ebenen Klotz 207. Wenn das Ende eines der Meßstäbe 35 auf die abzutastende Oberfläche trifft, neigt und/oder hebt dieser den beweglichen Block 27 an, wodurch we-

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nigstens einer der in Fig. 10 gezeigten Schalter 160, 161, 162 und I63 geöffnet wird, so diß die Schalteranordnung I50 des Fühlerwerkzeugs in ihrer Gesamtheit offen ist und ein geänder— tes Signal , beispielsweise ein Signal des Typs ¹¹1", am Ausgang des ODER-Glieds I65 erhalten wird. Welches FUhlerwerkzeug auch immer gerade im MeO-stadium ist und dementsprechend, welcher Schalter 71. 72, 73, 7*» oder 75 öffnet, das Potential einer der Verbindungen 76 und 77 oder von beiden ändert sich, und es ergibt sich ein anderes Signal, beispielsweise ein Signal vom Typ "1", am Ausgang von Block 80 oder 81 oder von beiden von ihnen. Dementsprechend erhält man am Ausgang der ODER-Schaltung 82 ein Signal des Typs "1", wodurch die Schaltung 83 aktiviert wird, die über die Verbindung 88 ein Meßsignal an die Meßmaschine sendet und die Schaltung 8k für eine zweckmäßige Zeit, beispielsweise 0,1 Sekunden, über die Leitung sperrt. Über die Leitung 86 erhält man außerdem die Übertragung eines Signals an die Maschine, welches über den offenen Zustand irgendeines zu einem der Fühlerwerkzeuge gehörigen Schalters informiert. Das Ausgangssignal der Schaltung 82 ermöglicht ferner die Übertragung des Signals des Generators auf die vier Signallampen 45» die periodisch blinken, so daß sie durch eine Bedienungskraft an der Fühlereinheit wahrgenommen werden können und den offenen Zustand des bestimmten Werkzeugs signalisieren.

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Es 1st jedoch auch nötig, der Meßmaschine eine Information darüber zu vermitteln, welcher der fünf zu den fünf Fühlerwerkzeugen gehörigen Schalter 7¹» 72, 73t 7^i 75 offen ist.' Diese Information wird über die Ausgänge der Blöcke 80, 81 und 93 übertragen, deren Kombination der Ausgangslogikpegel sich als Funktion des gerade geöffneten Schalters ändert. Tatsächlich bewirkt das öffnen des Schalters 71 eine Änderung des Pegels am Ausgang der Blöcke 80 und 81. Die Öffnung des Schalters 72 oder 74 bewirkt eine Änderung des Pegels am Ausgang des Blocks 80, während das Öffnen des Schalters 73 oder 75 eine Änderung des Pegels am Ausgang des Blocks 81 bewirkt. Die Identifikation des Öffnens des Schalters 72 oder Tk, ebenso wie die Identifikation des Öffnens des Schalters 73 oder 75» findet auf der Basis der Änderung des Logikpegels des Signals am Ausgang des Blocks 93 statt. Daher wird die Kombination der Signale am Ausgang der Blöcke 80, 81 und 93, welche als Zahl das Werkzeug identifiziert, das sich aus der Gleichgewichtslage bewegt hat, mit Hilfe der Zustimmung des am Ausgang der Schaltung 83 verfügbaren Signals in der Speicherschaltung 9¹* gespeichert, deren Ausgabegrößen durch die Maschine im geeigneten Augenblick verwendet werden. Mit Hilfe der Decodiererschaltung 95 verursachen die drei Signale am Ausgang der Schaltungen 80, 81 und 93 auf der Anzeigeeinheit 96 die digitale Anzeige des Fühlerwerkzeugs, welches sich aua der Gleichgewichtslage bewegt hat, wobei diese Anzeige für die Bedienungskraft auf dem Kupplungsetecker 57 sichtbar ist.

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Nachfolgend, wenn daa Fühlerwerkzeug unter der Wirkung der Feder 37 in die Gleichgewichtslage zurückkehrt, schließt die Schalteranordnung und es ergibt sich folglich am Ausgang der Schaltung 82 ein Signal vom Typ ¹¹O". Auf diese Weise wird die Schaltung 8k aktiviert und sperrt die Schaltung 83 für eine gewisse Zeitdauer, beispielsweise 0,1 Sekunden. In einem solchen Zustand stabilen Gleichgewichts geschieht auch, über die Ausgangsleistung 86 die Übertragung des Signals, das über den geschlossenen Zustand der Schalter informiert, und ein solches Signal vom Typ "0" am Ausgang der Schaltung 82 unterbricht durch Steuerung des Gatterblocks 99 die Spannungszufuhr zu den Signallampen 45» wodurch diese wieder gelöscht werden. Auf diese Weise liefert, während in der Speicherschaltung 94 die zu dem vorher geöffnetem Schalter gehörigen Signalpegel gespeichert bleiben, die neue Kombination von Signalen am Decodiererblock 95» solange kein neuer Öffnungszustand fUr die Schalter erneut entsteht, die Anzeige geschlossener Schalter an die Anzeigevorrichtung 96.

Die Fühlereinheit nach der Erfindung kann anstelle mit dreidimensionalen Fühlerwerkzeugen mit eindimensionalen Fühlerwerkzeugen, wie sie in Fig. 11 gezeigt sind, oder mit zweidimensionalen Fühlerwerkzeugen, wie sie in Fig. 12 gezeigt sind, ausgerüstet sein. Tatsächlich hat die in Fig. 11 gezeigte Fühlereinheit fünf eindimensionale Fühlerwerkzeuge 300, von denen Jedes in der entsprechenden Ausnehmung 13 im inneren des Gehäusekörpers 1 sitzt. Jedes dieser FUhlerwerkzeuge 3OO ist mit einem zylindrischen Stab 301 ver-

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sehen, welcher mit einer Meßspitze 314 verbunden ist und auf welchen ein zylindrischer Kern 3O2 aus magnetischem Material, beispielsweise Weicheisen, eingesetzt ist. Der Stab 301 gleitet in zwei Buchsen 3O3 und 30k, von welchen die erste zu einem hohlzylindrischen Körper 305 gehört, während die zweite zu einem hohlzylindrischen Körper 3O6 gehört. Der obere Abschnitt des Körpers 3O6 ist mit einem Gewinde versehen und mit dem mittleren Block 314 verbunden, während der Körper 305t welcher koaxial mit dem Körper 306 und außerhalb desselben angeordnet ist, mit einem oberen Abschnitt 3O7 um das untere Ende des Körpers 306 herum liegt und an letzterem befestigt ist. Am oberen Ende des Stabes 3OI ist eine Kappe 3O8 befestigt, die gegen die innere Basisfläche des Körpers 306 anschlägt und den äußeren Bewegungsbereich des Stabs 301 beschränkt sowie als Auflage für eine zylindrische Feder dient, die innerhalb des Körpers 3O6 angeordnet ist und auf der anderen Seite gegen eine am Körper 306 befestigte Kappe 3IO anliegt. Im inneren des Körpers 305 ist koaxial mit dem Stab 3OI ein zylindrischer Träger 311 für eine Reihe von Wicklungen eines Differentialübertragers (nicht gezeigt) angeordnet, wobei diese Windungen über Drähte an die gedruckte Schaltung kh angeschlossen sind. Der Differentialübertrager und die entsprechende elektrische Schaltung des Fühlerwerkzeugs der Fig. sind in Fig. 13 dargestellt, gemäß welcher ein Oszillator 32O mit einer Hochfrequenz von beispielsweise 50 kHz eine Primärwicklung 121 des Differntialübertragers 322, die innerhalb des zylindrischen Trägers

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3Π angeordnet let, speist. Der Differentialübertrager 322 hat zwei Sekundärwicklungen 323, die an einem Ende miteinander verbunden und mit den anderen Enden an ein Potentiometer 32Ί angeschlossen sind. Das gemeinsame Ende der Sekundärwicklungen 323 und ein Ende der Primärwicklung 321 sind geerdet. Der Schieber des Potentiometers J2k ist an den invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers 325 angeschlossen, der einen S_chweilwertkomparator mit Hysterese bildet, dessen Ausgang auf einen Eingang 326 eines Demodulators 327 gelangt, der zweckmäßigerweise ein bistabiler Mulitvibrator sein kann. Der Oszillator 320 versorgt außerdem einen Generator 328, der Taktsignale erzeugt und dessen Ausgang mit einem weiteren Eingang 329 des Demodulators 327 verbunden ist. Der Ausgang des Demodulators 327 ist an einen Steuereingang 330 eines Blocks 331 angeschlossen, der mit zwei äußeren Klemmen 332 und 333 versehen ist, und dessen Wirkungsweise mit derjenigen eines Schalters verglichen werden kann. Dieser Block kann beispielsweise einen Feldeffekttransistor enthalten.

Die Wirkungsweise der Fühlereinheit der Pig. 11 ist, bezugnehmend auf das Schaltbild der Fig. I3, folgende. Im Ruhezustand, wenn die Enden der fünf Meßspitzen mit der abzutastenden Oberfläche nicht in Berührung stehen, befindet sich wegen der Wirkung der Feder der Stab 3OI in der in der Figur gezeigten Stellung und hat eine größere äußere Erstreckung. Dabei gibt der Kern 302 in der Sekundärwicklung 323 des Differential-Übertragers 322 zu solchen Wellenformen Anlaß, daß

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ί»

nan bei Abnahme vom Potentiometer 324 und bei Zufuhr über den Differenzverstärker 325 an den Eingang des Demodulators 327t wo sie mit am Eingang 329 vorhandenen und vom Generator 328 kommenden Signalen verglichen werden, am Ausgang des Demodulators 327 ein konstantes Signal erhält, welches an den Eingang 330 des Blocks 331 gelangt und den Äquivalentschalter zwischen den Anschlüssen 332 und 333 in einer konstanten Anordnung (beispielsweise geschlossen) hält. Wenn das Ende einer der Spitzen 314 auf die abzutastende Oberfläche trifft, tritt der Stab 301 wieder in die Körper 305 und 306 ein und der Kern 302 verursacht durch Durchlaufen einer Lage elektrischen Gleichgewichts bezüglich der Lage der zwei Sekundärwicklungen 323 des Differentialübertragers 322 in den Sekundärewlcklungen 323 Wellenformen, mit einer geänderten Amplitude, die so geartet sind, daß sich das vom Schieber des Potentiometers 324 abgenommene Signal mit einer invertierten Phase ergibt, und mit Hilfe des Demodulators 327, der das geänderte Signal des Differenzverstärkers 325 mit dem stets identischen Signal, bei einer Frequenz von 50 MHz, des Generators 3^8 vergleicht, erhält man am Ausgang des Demodulators 327 ein Signal mit einem anderen konstanten Wert, welches auf den Eingang 330 des Blocks gelangt und den Äquivalentschalter zwischen den Anschlüssen 332 und 333 in einer komplementär konstanten Anordnung (beispielsweise offen) hält. Da sich das Verhalten des Blocks 331 mit demjenigen eines Schalters vergleichen läßt, kann jeder der zu den fünf PUhlerwerkzeugen der Fühlereinheit gehörigen Blöcke 331 mit einem der fünf Schalter 71, 72, 73,

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-Br75 des Schaltbilds der Fig. 9 verglichen werden und hat somit eine Wirkungsweise, die mit der früher beschriebenen identisch ist, so daß man eine identische Anzeige darüber erhält, welches der fünf Fühlerwerkzeuge das Abtasten durchgeführt hat.

All die verschiedenen Elemente der Fig. I3 können mit Ausnahme des Differentialübertragers 323 zweckmäßigerweise auf der gedruckten Schaltung 44 angeordnet sein.

Die Fühlereinheit der Fig. 12 hat fünf zweidimensional Fühlerwerkzeuge 400, von denen jedes in einer entsprechenden Ausnehmung 13 im inneren des Gehäusekörpers 1 sitzt. Jedes Fühlerwerkzeug 400 hat einen Abtaststab 401 , der mit einer Meßspitze 4O6 versehen und mit Hilfe eines Stiftes 402 mit einem Trägeraufbau 403 verbunden ist, der durch zwei mit Teilen 405 verbundene Seitenwände 4O4 gebildet ist. Mit dem hinteren Ende des Stabes 401 ist ein Kern 407 aus magnetischem Material, beispiels weise Ferrit, verbunden, dessen Kopfdeckoberfläche ei nen längs eines Kreisbogens verlaufenden Umriß hat. Dem Kern 407 entgegenblickend ist ein E-förmiger Kern 408 aus magnetischem Material, wie etwa Ferrit, angeordnet, wobei die drei Arme im wesentlichen entspre- chend dem Umriß eines Kreisbogens enden, der mit demjenigen des Kerns 407 konzentrisch ist. Auf den mittleren Arm des Kern 408 ist eine Primärwicklung eines Differentialübertragers gewickelt, während auf die beiden seitlichen Arme des Kerns 4O8 die Sekundärewick- lungen des DIfferenzialUbertragers gewickelt sind.

Diese Wicklungen sind nicht gezeigt, sie entsprechen jedoch den Wicklungen 321 und 323 des in Fig. 13 ge-

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zeigten DifferentialUbertragers 322. Der Kern 4O8 ist an einem Körper 410 befestigt, an dem auch der obere Teil des Trägeraufbaus 403 befestigt ist, und hat außerdem einen Abschnitt 411 mit kreisförmigem Querschnitt, an dem eine Schraube 412 und ein zylindrischer Abschnitt 413, der in ein Doppelkäfigkugellager 4i4 eingesetzt ist, befestigt sind. Am oberen Ende des zylindrischen Abschnitts 413 ist mit Hilfe einer Schraube 416 ein Körper 417 befestigt, an welehern ein Stift 418 befestigt ist, mit dem das Ende einer Feder 419 verbunden ist, cferen anderes Ende mit einem Stift 421 verbunden ist, der an einem Behälter 422 in Form eines Hohlzylinders befestigt ist, der den zylindrischen Abschnitt 413 einschließt und einen mit einem Außengewinde versehenen oberen Abschnitt 423 aufweist, der in den mittleren Block 14 geschraubt ist. Der Behälter 422 hat in seinem unteren Teil einen Ausschnitt, der sich über einen Sektor von 90 erstreckt und auf einen solchen Wert die Winkelbewegung der Schraube 412 beschränkt.

Die Wirkungsweise der in Fig. 12 gezeigten Fühlereinheit, die die gleiche, in Fig. 13 gezeigte elektrisehe Schaltung benützt, ist wie folgt. Im Ruhezustand, in dem die Enden der fünf Meßspitzen 4θ6 mit der abzutastenden Oberfläche nicht in Berührung stehen, ist der Stab 401 geneigt und der Kern 407, der sich bezüglich des Kerns 408 nicht in der Gleichgewichtslage befindet, verursacht im Differentialübertrager 322 solche Wellenformen, daß der Äquivalentschalter zwischen den Anschlüssen 332 und 333 des Blocks 331 in

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einem konstanten Zustand beispielsweise geschlossen) bleibt. Venn das Ende eines der Spitzen kO6 auf die abzutastende Oberfläche trifft, dreht sich der Stab 401 um den Stift 402 als Angel und der Kern 407 verursacht durch Durchlaufen einer Stellung elektrischen Gleichgewichts bezüglich des Kerns 408 im Differentialübertrager 322 Wellenformen, die so geartet sind, daß der Äquivalentschalter zwischen den Anschlüssen 332 und 333 des Blocks 33I den Komplementärzustand (bei spielsweise offen) annimmt. Die Wirkungsweise der Schaltung der Fig. 9 für die FUhlereinheit der Pig. ist mit derjenigen identisch, die bereits für die Fühlereinheiten der Fign. 11 und 3 beschrieben wurde. Das FUhlerwerkzeug 400 kann Abtastungen in zwei senkrecht zueinander liegenden Richtungen ausführen; tatsächlich kann, wenn der Trägeraufbau 403 um 90 gedreht wird, wobei diese Drehung durch den Kopf der Schraube k12 begrenzt wird, der gegen die Ränder des entfernten Ausschnitts am unteren Ende des Körpers 422 anschlägt, der Stab Ί01 in einer zur vorherigen Richtung senkrechten Richtung drehen. Die Feder 4i9t die in den zwei zueinander senkrechten Lagen des Trägeraufbaus 403 gestreckt wird, dient zur Aufrechterhaltung der Stabilität der zwei Lagen.

Die hier beschriebene erfindungsgemäße FUhlereinheit hat viele Vorteile, insofern als sie herkömmlich und verläßlich betreibbar ist und einen verhältnismäßig einfachen Aufbau hat. Vor allem gestattet sie die Durchführung von Abtastungen in verschiedenen Richtungen auf sehr einfache Weise, ohne daß das Fühlerwerkzeug ausgetauscht oder seine Lage geändert werden

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müßte, Indem einfach Immer wieder ein anderer der fünf Meßstäbe verwendet wird.

Die Fühlereinheit der Erfindung bietet daher zweckmäßige Kombinationen von Fühlerwerkzeugen des ein dimensionalen oder zweidimensionalen Typs zur Erzielung von Leistungen, die sonst mit Hilfe von Fühlerwerkzeugen des dreidimensionalen Typs erzielbar wären. Die Angabe welches der fünf Fühler- werkzeuge das Abtasten ausgeführt und sich deshalb aus der Gleichgewichtslage bewegt hat oder durch die Gleichgewichtslage gegangen ist, findet auf Logikpegeln statt, und man erhält ein gespeichertes Signal, welches, wenn benötigt, auf die Meßmaschine gelangt und ein Signal, welches auf eine Anzeigevorrichtung für die Bedienungskraft gelangt. Der besondere wechselseitige Anschluß der zu den fünf Fühlerwerkzeugen gehörigen Schaltanordnungen ermöglicht eine elektrische Verbindung zwischen der Fühlereinheit und dem Kupplungsstecker zur Maschine mit Hilfe von nur fünf Verbindungsdrähten, was einen einfachen Aufbau der Fühlereinheit gestattet.

Es ist schließlich offensichtlich, daß Abwandlungen der hier beschriebenen Ausführungsformen sowohl hinsichtlich der Form als auch der Anordnung der verschiedenen Komponenten möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise können in einer einzelnen Fühlereinheit auch einzelne Fühlerwerkzeuge verschiedenen Typs, d. h. dreidimensionale und/oder zweidimensionale und/oder eindimensionale Fühlerwerkzeuge enthalten sein.

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Die erfindungsgemäße Fühlereinheit kann auch Fühlerwerkzeuge mit untereinander verschiedenem Aufbau enthalten; sie kann daher auch Fühlerwerkzeuge des in der US-Patentschrift 3 727 119 beschriebenen Typs oder des in der britischen Patentschrift 855 beschriebenen Typs enthalten. Ebenso kann sie Fühlerwerkzeuge eines bekannten Typs, der von den oben erwähnten verschieden ist, enthalten, beispielsweise FUhlerwerkzeuge, bei welchen der Nachweis der Berührung durch eine Kapazitätsänderung erreicht wird, oder mit Hilfe eines Strahlers und eines entsprechenden Empfängers beispielsweise des photoelektrischen oder des Laser-Typs, oder auf irgendeine andere Weise.

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Le e rs e i t e

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

Fühlereinheit zur Verwendung in Verbindung mit Meßmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Anzahl von Fühlerwerkzeugen, von denen jedes mit einem Stab (37; 300; 400) zur Berührung mit einer abzutastenden Oberfläche, einen mit dem Stab verbundenen beweglichen Körper (z.B. 27)» einen feststehenden Körper (z.B. 21), eine erste Einrichtung zur Lieferung eines ersten Signals, wenn der bewegliche Körper die Gleichgewichtslage bezüglich des feststehenden Körpers verläßt oder wenn der bewegliche Körper durch eine bestimmte Lage bezüglich des feststehenden Körpers geht, und eine zweite Einrichtung zur Anzeige, von welchem der verschiedenen Fühlerwerkzeuge das

erste Signal stammt, umfaßt. 20

2. Fühlereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Fühlerwerkzeuge vom dreidimensionalen und/oder zweidimensionalen und/ oder eindimensionalen Typ sind.

3. Fühlereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Körper (27) und der feststehende Körper (21) elektrische Kontaktelemente (208, 209, 21?, 220, 218, 207)

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umfassen, die in Kombination einen Schalter ( 150; 71, 72, 73. 7²^, 75) bilden, wobei das erste Signal der ersten Einrichtung beim Öffnen oder beim Schließen des Schalters erzeugt wird.

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ORIGINAL INSPECTED

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k. Fühlereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Körper und der feststehende Körper Elemente umfassen, die in Kombination einen zur ersten Einrichtung gehörigen Differentialübertrager (322) bilden.

5. Fühlereinheit nach Anspruch h, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzialübertrager (322) ein Signal zur Steuerung des Zustandes eines als Schalter wirkenden Elements (331) liefert, wobei das erste Signal der ersten Einrichtung beim Öffnen oder beim Schließen des Schalters erzeugt wird.

6. Fühlereinheit nach Anspruch 3 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter (150; 71, 72, 73f 7^> 75) in Serie und/oder parallel miteinander verbunden sind, wobei das erste Signal der ersten Einrichtung beim Öffnen irgendeines der Schalter erhalten wird.

7. Fühlereinheit nach einem der Ansprüche 3» 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung mit den Schaltern (150; 7I, 72, 73, 7^i 75) verbundene Schaltungen umfaßt, die Ausgangssignale auf Logikpegeln liefern, wobei die Signale der zweiten Einrichtung eine Kombination von Signalen auf Logikpegeln ergeben, die den offenen Schalter und damit das entsprechende Fühlerwerkzeug eindeutig identifizieren.

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8. Fühlereinheit nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß eine Speicherschaltung (9^) zur Speicherung der Kombination von Signalen auf Logikpegeln zur nachfolgenden Verwendung durch die Meßmaschine vorgesehen ist,

9. Fühlereinheit nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kombination von Signalen auf Logikpegeln auf eine Digitalanzeige (96) übertragen wird.

10. Fühlereinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ausgangssignal der ersten Einrichtung die Versorgung einer Anzahl von Lampen (^5) steuert, die den geschlossenen oder den geöffneten Zustand der Schalter (71. 72, 73. 7*t, 75) signalisieren.

11. Fühlereinheit nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen einzigen Gehäusekörper (1) zur Aufnahme der Fühlerwerkzeuge umfaßt, daß mit dem Gehäusekörper eine mit einem Griff (11) versehene Abdeckung (2) zur mechanischen Verbindung mit einem Kopf einer Meßmaschine verbindbar ist, und daß in dem Griff ein elektrischer Verbindungsstecker (48) und wenigstens ein Zentrierstift (5k) für die elektrische und mechanische Verbindung mit einem Anschlußblock (55) eines Verbindungskabels (56) zu einer Meßmaschine angeordnet ist.

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12. Fühlereinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeige (96) in einem Verbindungsstecker (57) des Verbindungskabels (56) zur Meßmaschine aufgenommen ist.

13. Fühlereinheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Einrichtung als miniaturisierte elektrische und elektronische Schaltungen vorgesehen sind und innerhalb des Gehäusekörpers (1) und des Verbindungssteckers (57) aufgenommen sind. ·

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