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Hand meßgerät
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Die Erfindung betrifft ein Handmeßgerät, insbesondere eine Schiebelehre,
gegebenenfalls aber auch eine Meßuhr oder einen Fühlhebeltaster, mit einem inkrementalen
Maßstab und einer Ableseeinheit zur photoelektrischen oder induktiven Abtastung
dieses Maßstabes, die mit einer elektronischen Zähl- bzw.
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Anzeigeeinheit verbunden ist, wobei Ableseeinheit und Maßstab mittels
eines Meßfühlers gegeneinander verstellbar sind.
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Der grundsätzliche Vorteil derartiger Handmeßgeräte gegenüber Handmeßgeräten,
die einen Maßstab mit Noniusablesung oder, wie MeBuhren, eine andere mechanische
Anzeige des Meßergebnisse aufweisen, besteht darin, daß das Meßergebnis z.B. in
teuchtziffern gut lesbar angezeigt werden kann, so daß der bei einer anderen Art
der Anzeige immer mögliche Ablesefehler weitgehend auszuschließen ist. Es bedeutet
keine Probleme, die Relativverstellung der Abtasteinheit gegenüber dem Maßstab genauer
als z.B. die Verstellung eines mit einem Nonius versehenen Fensters gegenüber einem
mechanischen Strichmaßstab zu erfassen und auch anzuzeigen. Ferner kann man bei
der beschriebenen Art der Abtastung am Handmeßgerät Zusatzeinrichtungen vorsehen,
die u.a. ein beliebiges Setzen des Nullpunktes,
von dem aus gemessen
wird, zulassen, so daß der Meßvorgang erleichtert wird und Toleranzmessungen möglich
werden. Es ist auch möglich, die Meßsignale vom Handmeßgerät zu einer Zentrale zu
übertragen, so daß insgesamt gesehen ein Handmeßgerät der gegenständlichen Art ein
wesentlich größeres Anwendungsgebiet erschließt als ein vergleichbares, rein mechanisches
Handmeßgerät bekannter Bauweise.
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Es wurde schon erwähnt, daß mit Handmeßgeräten der gegenständlichen
Art an und für sich eine Anzeige kleinster Maßstabeinheiten möglich ist. Es bereitet
also keine Schwierigkeiten, bei einer Schiebelehre eine Anzeige von Mikrometern
vorzunehmen. Eine entsprechende Anzeige ist aber nur dann sinnvoll bzw. vernünftig,
wenn die tatsächlich erreichbare Meßgenauigkeit in der Größenordnung der Anzeigegenauigkeit
liegt. Die Meßgenauigkeit einer Schiebelehre wird u.a. durch das Spiel des Gleiters
gegenüber dem ihn führenden Maßstab und dadurch beeinflußt, daß in der Praxis mit
unterschiedlichem Anpreßdruck der Meßschnäbel an die jeweiligen Werkstücke gearbeitet
wird, so daß bei den verschiedenen Messungen verschiedene Relativlagen des Gleiters
(Verkantungen) gegenüber dem Lineal vorkommen und auch verschieden starke Durchbiegungen
der Meßschnäbel auftreten.
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Bei Geräten, die ähnlich wie Mikormeterschrauben ausgebildet sind,
hat man schon versucht, den Taster mit Hilfe einer Feder an das Werkstück anzustellen,
damit der jeweilige Anpreßdruck etwa konstant bleibt. In der Praxis läßt sich eine
entsprechende Anordnung nur bei für einen ganz kleinen Meßbereich bestimmten Handmeßgeräten
verwirklichen. Die Federkraft ändert sich trotzdem in den meisten Fällen in Abhängigkeit
von den jeweiligen Werkstückabmessungen, und überdies unterliegt die Feder der Ermüdung,
so daß bestenfalls unmittelbar aufeinanderfolgende Messungen mit gleicher Genauigkeit
ausgeführt werden können.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Handmeßgerät der eingangs genannten
Art zu schaffen, bei dem mit einfachen Mitteln eine wesentliche Vergrößerung der
Einstellgenauigkeit und damit der Meßgenauigkeit ermöglich wird.
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Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Meßfühler zugleich
als durch das Anstellen an das Werkstück od.dgl. betätigbarer Fühler eines bei seinem
Ansprechen die Zähl- bzw. Anzeigeeinheit sperrenden Anschlagschalters ausgebildet
ist.
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Sobald bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Handmeßgerätes ein
vorbestimmter Druck auf den Meßfühler wirkt, oder der Meßfühler eine ganz genau
vorherbestimmbare Relativlage in seiner Halterung aufnimmt, wird der Anschlagschalter
betätigt und damit die Anzeige gestoppt, so daß gesagt werden kann, daß alle Messungen
unter gleichen Bedingungen zustande kommen, was in der Praxis bedeutet, daß die
erzielbare Meßgenauigkeit gegenüber den bekannten beschriebenen Geräten erhöht wird.
Bei der Messung mit einer Schiebelehre kommen aufeinanderfolgende Messungen jeweils
bei gleichem auf die Meßschnäbel wirkendem Kipp- bzw. Biegemoment zustande.I)er
Meßfühler kann zur Betätigung des Anschlagschalters als reiner Druckmeßfühler oder
auch als lage empfindlicher Fühler ausgebildet werden. Dementsprechend sind auch
verschiedenste konstruktive Möglichkeiten seiner Ausgestaltung möglich.
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Man kann unmittelbar an einem Meßschenkel bzw. einer Meßspitze Druckfühler,
z.B. Piezowandler, anbringen, die bei einem bestimmten Druck ein Signal erzeugen.
Einfacher ist es, wenn der Fühler einen durch Federn od.dgl. in Anstellrichtung
an das Werkstück od.dgl. über die Sollmeßlage vorragend verstellbaren Teil aufweist
bzw.
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bildet, der bei seiner Rückstellung durch das Werkstück beim Erreichen
der Sollmeßlage den Anschlagschalter betätigt. Man kanh hier einen mechanisch betätigten
Schalter vorsehen, wird aber vorzugsweise den Anschlagschalter
an
das jeweils verwendete Abtastsystem anpassen, also als Schalter eine den Abtasteinheiten
für den inkrementalen Maßstab entsprechende Abtasteinheit vorsehen, die über den
Fühler verstellbar ist und beim Erreichen einer bestimmten Relativlage zu der von
ihr abgetasteten Spur einen Triggerimpuls od.dgl. erzeugt, mit dem Zählung oder
Anzeige gestoppt werden.
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Stoppt man die Zählung, dann wird damit auch die Anzeige gestoppt
und der neue Zählbeginn bei der Rückstellung und Entlastung des Meßfühlers setzt
auch wieder die neue Anzeigeveränderung in Gang. Man kann aber auch nur die Anzeige
stoppen, also auf jenem Wert einfrieren, der beim Ansprechen des Anschlagschalters
erreicht war.
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Hier arbeitet der Zähler als Speicher weiter, so daß sein Inhalt genau
dem Abstand vom vorher eingestellten Nullpunkt entspricht. Bei der letztbeschriebenen
Anordnung kann man einen Handschalter zur Aufhebung der Sperre der Anzeige oder
auch einen selbsttätig arbeitenden Umschalter vorsehen, der nach Entlastung des
Anschlagschalters oder nach einer vorbestimmten Zeit die meist digitale Anzeigeeinrichtung
wieder mit dem zwischenzeitlich als Speicher betriebenen Zähler verbindet, so daß
dann auf der Anzeige wieder ein der genauen Relativlage von Abtasteinheit und Maßstab
entsprechender, gegebenenfalls auf einen gesetzten Nullpunkt bezogener Anzeigewert,
aufacheint.
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Bei einem als Stift oder Spitze ausgebildeten Meßfühler kann ein
Teil dieses Meßfühlers in sich teleskopisch zusammenschiebbar sein, so daß beim
Erreichen einer bestimmten Einschiebestellung der Anschlagachalter betätigt wird.
Konstruktiv zeichnet sich eine bevorzugte Ausführungsform dadurch aus, daß bei dem
als Schiebelehre ausgebildeten Gerät der den Meßfühler bildende Meßschnabel des
Gleiters an letzterem auf den anderen Meßschnabel zu
anschlagbegrenzt
verschwenkbar lagert, Federn od.dSl.
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vorgesehen sind, die ihn in die der Sollage voreilende Lage drücken
und mit ihm eine zusätzliche Abtasteinheit für den am Lineal der Schiebelehre angebrachten
Inkrementalmaßstab oder eine zusätzliche neben diesem vorgesehene und über dessen
Länge durchgehende zusätzliche Steuerspur verbunden ist-, welche zusätzliche Abtasteinheit
beim Erreichen der Sollage des Meßschnabels gegenüber dem Gleiter das Unterbrechersignal
für die Zähl- bzw.
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Anzeigeeinheit erzeugt. Durch Verwendung einer zusätzlichen Steuerspur
neben dem Inkrementalmaßstab wird auch der sonst durch geringe Abweichungen in der
Parallelität von Maßstab und Führungskante des Lineals mögliche Fehler ausgeglichen,
da die Steuerspur parallel zum Maßstab verläuft und die mit ihr zusammenwirkende
zusätzliche Ableseeinheit bezogen auf ihre Relativlage zur Steuerspur schaltet.
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Der Meßschnabel kann mit dem Träger für die zusätzliche Abtasteinheit
einen um die Querachse schwenkbaren Winkelhebel bilden. Man kann damit erreichen,
daß schon geringe Verschwenkungen des Meßschnabels relativ große Verstellungen der
Abtasteinheit zur Steuerspur hervorrufen, so daß der Moment des Entstehens des Unterbrechersignales
genau definiert ist.
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Für Sonderfälle ist es auch denkbar, bei einer Schiebelehre am festen
Schnabel den Fühler des Anschlagschalters vorzusehen, doch wird dadurch der Gesamtaufbau
gegenüber der beschriebenen Anordnung komplizierter, soferne man nicht einfache
in den Schnabel eingebaute Druckfühler verwendet.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise veranschaulicht.
Es zeigt Fig. 1 eine Schiebelehre in. Ansicht bei nur in ihren Umrissen strichpunktiert
angedeuteter, abgenommener Abtast-, Zähl- und Anzeigeeinheit,
Fig.2
vereinfacht ein Schema der wirksamen Signalfolge bei der Vornahme einer Längenmessung
und Fig.3 im Gegensatz zu dem induktiv abtastbaren Maßstab nach Fig.1 einen opto-elektronisch
abtastbaren Inkrementalmaßstab, wie er mit entsprechenden Abtasteinheiten ebenfalls
Verwendung finden kann.
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Die Schiebelehre nach Fig.1 besitzt ein Lineal 1 mit einem festen
Meßschnabel 2. Am Lineal 1 ist, beispielsweise durch Aufkleben, ein aus einem induktiv
abtastbaren Strichmuster 3 bestehender, auf einem Träger 4 vorgesehener Inkrementalmaßstab
angebracht.
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Das Lineal 1 dient als Schiebeführung für einen Gleiter 5, auf dem
in einem strichpunktiert angedeuteten Gehäuse 6 eine Ableseeinheit zur induktiven
Abtastung des Maßstabes 3 mit nachgeordneten Auswerteeinheiten,die Richtungsdiskriminatoren
und Zähleinrichtungen sowie Anzeigeeinheiten umfassen, untergebracht. Auch eine
Versorgungsbatterie wird im Gehäuse vorgesehen. Die Anzeigeeinheit besitzt vorzugsweise
digitale Leuchtziffern.
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Durch versetzte Anordnung der Abtasteinheiten sowie durch entsprechende
Auswertung der von ihnen im Zusammenwirken mit dem Maßstab erzeugten Signale wird
der Maßstab praktisch elektronisch weiter unterteilt, so daß eine Ablesung bzw.
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Anzeige bis in den Mikrometerbereich möglich ist.
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In Fig.3 ist ein auf einem Glasstab vorgesehener optischer Inkrementalmaßstab
7 angedeutet, zu dessen Abtastung hinter mit dem Maßstab entsprechenden Gittern
versehenen Masken angeordnete Photozellen dienen, die den von Photodioden erleuchteten
Maßstab abtasten und dementsprechend bei der Läuferverstellung gegeneinander phasenverschobene
Signale erzeugen, aus denen in der Verarbeitungseinheit Zählsignale erzeugt werden.
Ein entsprechendes Zählsignal 8, wie es sowohl bei der induktiven als auch bei der
optischen Abtastung erhalten werden kann, ist in Fig.2 oben dargestellt. Es wurde
hier
als eine Aufeinanderfolge gleichgroßer Rechteckspannungen angedeutet. Der Abstand
zwischen zwei Flanken 9 entspricht beispielsweise einem bestimmten Meßwert, wie
1 oder 5 Mikrometer.
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Soweit das Meßgerät bisher beschrieben wurde, ist es prinzipiell
bekannt.
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Gemäß Fig.1 ist der bewegliche Meßschnabel 10 am Gleiter 5 um eine
Querachse 11 schwenkbar gelagert, und es ist eine Druckfeder 12 vorgesehen, die
das Bestreben hat, den Meßschnabel in Richtung des Pfeiles 13 auf den anderen Meßschnabel
2 zu verschwenken.
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Mit dem Schnabel 10 ist in Form eines Winkelhebels 14 ein Arm verbunden,
der an seinem Ende eine Abtasteinheit 15 für den Maßstab 3 trägt.
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Gemäß Fig.3 ist neben dem dort vorgesehenen optisch ablesbaren Inkrementalmaßstab
7 eine eigene Steuerspur 16 für eine optische Abtasteinheit am Hebel 14 vorgesehen.
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In beiden Fällen besteht die Aufgabe der Abtasteinheit 15 darin,
beim Erreichen einer bestimmten Relativlage des Meßschnabels 10,der beim Auftreffen
auf das Werkstück um die Achse 11 zurückschwenkt, ein Signal zu erzeugen, -das die
Anzeige des Meßergebnisses auf der Anzeigeeinheit stoppt-, also die Anzeige genau
beim Erreichen der genannten Relativlage einfriert, so daß verschiedene Messungen
unter sehr weitgehend gleichen Bedingungen zustande kommen und der Meßfehler wesentlich
kleiner als bei anderen vergleichbaren Geräten wird. Ein von der Abtasteinheit 15
erzeugter Triggerimpuls 17, der mit seiner Flanke den Zählimpuls 8 unterbricht,
wurde in Fig.2 veranschaulicht.