DE2841424C3

DE2841424C3 - Meßkopf für ein Meßgerät

Info

Publication number: DE2841424C3
Application number: DE2841424A
Authority: DE
Inventors: Robert Lausanne Viret
Original assignee: Meseltron SA
Current assignee: Meseltron SA
Priority date: 1977-09-27
Filing date: 1978-09-22
Publication date: 1981-03-19
Also published as: US4246795A; IT1100116B; DE2841424B2; CH628137A5; DE2841424A1; IT7827958A0; GB2005022B; GB2005022A

Description

Die I rfindung betrifft einen Meßkopf für ein Meßgerät, welches die Bestimmung der Position von Raumpunkten ermöglicht, an welchen ein mechanischer Kontakt zwischen dem Taster und dem zu vermessenden Werkstück stattfindet.

Derartige Meßgeräte werden so bedient, daß das Werkstück auf einem beweglichen Werkstücktisch festgelegt wird und daß davon die Meßpunkte im Feld des Meßkopfs zugeführt werden, der in der Lage ist, die

Punkte mit der gewünschten Genauigkeit bezüglich eines Nullpunkts zu orten, bzw. ihre Lage zu bestimmen. Die Stellungen des Meßkopfs selbst und die des Tisches werden von dem Meßsystem des Geräts bezüglich eines gemeinsamen Nullpunkts und längs der gewählten Koordinatenachsen bestimmt. Es ist leicht, davon durch Berechnung die Position der vermessenen Punkte bezüglich dieses Nullpunkts abzuleiten.

Es sind bereits Meßköpfe bekannt, die ein elektrisches Signal geben, sobald sich ein mechanischer Kentakt an der Meßstelle zwisenen dem Taster und dem Werkstück einstellt Um in diesem Fall die Position der Kontaktstelle zu kennen, wird so weiterverfahren, daß das elektrische Singal dazu benutzt wird, um die von dem Meßt.ystem des Geräts im Augenblick des Kontakts angezeigten Koordinaten zu speichern. Diesen Koordinaten werden die Konstanten aufgrund der geometrischen Form des Tasters hinzugefügt.

Bei lien bekannten Ausführungsformen derartiger Meßkopfe erfolgt die Erzeugung des elektrischen Signals nach folgenden Verfahren

1. D^r mechanische Kontakt ermöglicht e'nen elektrischen Strom zwischen dem Taster und dem Werkstück.

2. Der elektrische Kontakt oder die elektrischen Kontakte, die das Signal erzeugen, werden von dem Taster betätigt. Sie sind häufig auf Führungen mit dem Freiheitsgrad Null montiert, die von Federn gehalten werden (DE-OS 25 51361. GBPS 14 47 613).

3. Der Taster betätigt ein Element, dessen Stellung von magnetischen, kapazitiven oder fotoelektrischen Einrichtungen ermittelt wird, die eine Analogspannung erzeugen, die annähernd proportional zur Verschiebung dieses Elements ist (DE-OS 2b 11 781) Das benutzte Signal wird von einem Spannungskomparator während des NuIidurchgangs dieser Analogsp.mnung erzeugt

4. An dem Taster selbst oder an seinem Halter, der beispielsweise aus Blattfedern bestehen kann, ist bi spielsweise ein Dehnungsmeßgeber mit einem Widerstandsdraht oder einem Halbleiter befestigt. Der Meßgeber formt die Verformung des Tasters oder seines Halters während des Kontakts mit dem Werkstück in eine proportionale Analog sparnung um (FR-PS 22 35 351). Wie im vorausgehenden Fall wird der Nu.'durchgang dieser Spannung von einem Spannungskomparator bestimmt, der ein Signal erzeugt. Diese Systeme haben insgesamt die folgenden Nachteile:

1. eine nicht konsw.nie Gute des elektrischen Kontakts.

2. Prelh ngen des elektr.sehen Kontakts.

3. einen Mange! an Steifheit und eine Bruchgefahr

4. die Genauigkeit der Messung hängt von der Länge des Tasters ab.

Bekannt ist außerdem ein faster, der von einem Piezokristall gebildet wird, der mit seiner Resonanzfrequenz schwingt und auf dieser f requen/ durch einen Schwingkreis gehalten wird (GBPS η 32069). Die Anwendung eines solchen fasters ist juf das Anzeigen der Weiterbewegung des Schneidwerkzeugs um eine Umdrehung beschränkt. Der Taster ermittelt den Durchgangszeitpunkt des Werkzeugs, das sich in ein und derselben Richtung vorwärtsbewegt. Eine solche Ausführungsform kann eine universelle Anwendung wie bei einem Meßkopf nicht nahelegen, bei dem die Metirichtung beliebig ^;st und die Meßgcnmngkeit unverändert bleiben soll. Da der Taster selbst von dem Piezokristall gebildet wird, ist diese Konstruktion bei unerwarteten Stoßen sehr zerbrechlich und verwund bar.

■> Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht deshalb darin, einen Meßkopf zu schaffen, der in erster Linie zuverlässig arbeitet, bei dem der Kontakt mit einem Meßobjekt mit Sicherheit ein Signal liefert und der während der Freigabe des mechanischen Kontakts

ίο mit dem Meßobjekt oder während plötzlicher Bewegungen des Kopfes keine falschen Signale erzeugt. Der erfindungsgemäße Meßkopf soll genauso robust enau und wirtschaftlich wie die bekannten Meßköpfe sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst.

ii daß der Meßkopf einen Motor, der mit geringer Amplitude das freie Ende des Tasters mit dessen Resonanzfrequenz schwingen läßt, und wenigstens einen Wandler hat, um die mechanischen Schwingungen des Tasters zu empfangen, und daß ein oder mehrere

2Ii elektronische Detektorsystcmc an den Wandler oder die Wandler angeschlossen sind.

Der Motor k.'nn ein elektromagnetischer, piezoelektrischer oder elektrodynamischer Motor sein.

In gleicher Weise kann der Wandler, der die

2Ί mechanische Schwit gung des Tasters in ein elek.-isches Signal umwandelt, em elektromagnetischer, piezoelektrischer oder elektrodynamischer Wandler sein.

Die Oszillation des ^rasters wird durch Selbsterregung erhalten, wobei die von dem Wandler abgegebene

s" Spannung in einem elektronischen Verstärker verstärkt wird und dem Motor mit der passenden Phase zugeführt wird. Eine andere Verfahrensweise besteht darin, den Motor entweder mit Hilfe eines auf die Eigenfrequenz des Tasters abgestimmten Generators oder mit Hilfe

^r> eines Generators zu speisen, der auf die Eigenfrequenz des Tasters synchronisiert ist.

Das elektronische Detektorsystem kann die Störung einer der phyikalischen Größen der Oszillation des T.isters. entweder der Amplitude oder der Frequenz anzeigen.

)e nach dem verwendeten Motor kann dem Taster ei"e ebene Oszillation oder eine Drehbewegung aufgeprägt werden.

Der erfindungsgemäße Meßkopf kann auf vier

^4l verschiedene Weisen realisiert werden. Gomäß einer ersten Variante sind der Motor und der Wandler an dem Träger des Tasters befestigt. Bei einer zweiten Variante sind der Motor und der Wandler am Taster selbst angebracht. Bei der dritten Variante ist der Motor am

>" Halter des Tasters befestigt. Nur der Wandler sitzt fest am Taster. Schließlich können bei der vierten Variante der Motor und dvr Wandler am Träger des Tasters festgelegt sein, während ein zusätzlicher Wandler em Taster selbst befestigt ist.

ϊ"¹ Ler Melikopf kann so gebaut sein, daß der Taster starr mit einem Teil eines Boys-Trägers verbunden ist.

Der Bov \ Träger kann seinerseits in dent Meßkopf durch die Wirkung einer Schraubendruckfeder gehalten werden. Ein solcher Boys-Träger besteht aus zwei

^Wl Teilen Das eine ^Tcil hat drei kugelige Auflager, die in den sternförmig verlaufenden V-förmigen Nuten des anderen Teils sitzen. (Metrologie generäle, Dunöd, Paris 1966, S. 398 bis 401).

Der Meßkopf kann ein drahtloses Übertragungssystern für das Signal aufweisen, wjbei entweder Radiowellen, Lieh'weilen oder Ultraschallwellen verwendet werden.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum

Betätigen des Meßkopfs. Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß der mit seiner Resonanzfrequenz in Vibration versetzte Taster in mechanischen Kontakt mit dem Meßobjekt gebracht wird, daß wenigstens ein Wandler des Meßkopfs die Schwingungsstörung empfängt, die durch diesen mechanischen Kontakt hervorgerufen wird, und daß das entsprechende elektronische Detektorsystem das gestörte Signal des Wandlers empfängt und den Kontaktaugenblick anzeigt.

Die Vorrichtung kann so arbeiten, daß das dem einen der Wandler zugeordnete elektronische Detektorsystem eine Änderung der Frequenz der Oszillation feststellt, wenn der Taster in mechanischen Kontakt mit dem Meßobjekt kommt. Die Wirkungsweise kann auch so sein, daß das elektronische Detektorsystem eine Änderung der Amplitude der Oszillation feststellt. Bei Meßköpfen der dritten und vierten Ausfiihrungsform ist das gestörte, vom Wandler an den Taster abgegebene .jigncif Gin signal fiiii ZüricniTicuucr opänriUng. 1Γ1 uicäci'l'l Fall zeigt das elektronische Detektorsystem das Überschreiten einer oberen Spannungsschwelle an.

Der erfindungsgemäße Meßkopf hat zahlreiche Vorteile. Zunächst ist er aufgrund des Detektorsystems äußerst empfindlich. Sein Betrieb ist der wenig zuverlässigen Funktionsweise eines elektrischen Kontakts, der schmutzig werden, hängenbleiben oder sich verformen könnte, nicht ausgesetzt. Außerdem hat er nicht die Nachteile der Köpfe mit statischen Tastern, die leicht ins Schwingen kommen können, wenn sie nicht mehr in Kontakt mit dem Meßobjekt stehen, so daß sie falsche Signale geben. Mit dem erfindungsgemäßen Meßkopf ist die Ermittlung des Augenblicks des Kontakts nicht zweifelhaft.

Der Aufbau des erfindungsgemäßen Tastkopfs gewährleistet die gewünschte Steifigkeit und Robustheit, um auch heftige Stöße auf den Taster abzustützen, da die Feder unter dem Einfluß unerwarteter Kräfte nachgibt.

Die mit dem Kopf erzielte Meßgenauigkeit hängt nur in geringem Maß von der Länge des Tasters ab. Darüberhinaus hängt die Messung nicht von der Temperatur ab. Es gibt keine Kontakte, die Wärmeausdehnungen ausgesetzt sein könnten.

Die Meßgenauigkeit ist sehr groß. Die Amplituden der Schwingungen am Ende des Tasters gemäß der ersten Ausführungsform liegen in der Größenordnung von ± 0.1 μΐη, wodurch eine Meßgenauigkeit des Kopfes in der Nähe von ± 1 μπι möglich ist. Die Anordnung aus Taster, Motor und Wandler kann sehr solide konstruiert werden. Die Verwendung des Boys-Träger, bei dem die sechs Freiheitsgrade blockiert sind, garantiert ein Festhalten des Tasters.

Die Ausführung ist einfach. Die Anzahl der Teile ist geringfügig erhöht Es gibt keine sehr genaue Bearbeitung, auch im Hinblick auf den Boys-Träger.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert

F i g. 1 ist ein Längsschnitt durch einen Meßkopf nach der Erfindung, der einen Motor und einen Wandler hat die in dem Meßkopf selbst angeordnet sind. Gleichzeitig ist der Schaltplan des Verstärkersystems A 1 gezeigt der die Dämpfung und die Aufrechterhaltung der Schwingungen des Tasters P sowie ihre Feststellung bezüglich der Amplitude oder bezüglich Amplitude und Frequenz durch das elektronische Detektorsystem D herbeiführt

F i g. 2a ist eine Ansicht des beweglichen Teils des Boys-Trägers Sl von unten, wie er beispielsweise in

»Metrologie Generale«, M. M. Bassiere und Gaguebet, S. 400, Ausgabe Dunod 1966 beschrieben ist, mit dem Taster P. dem Motor Mund dem Wandler T.

F i g. 2b zeigt eine Ansicht des festen Teils des Boys-Trägers 52 von oben.

Fig.3 zeigt einen Schnitt längs der Linie A-A'von Fig. I₁ wobei die Träger 51 und 52 derart montiert sind, daß sie ein System mit dem Freiheitsgrad Null bilden, bei welchem die Halbkugeln b\, h, ty> in prismatische Nuten k\, ta Ari eingreifen, wobei die Anordnung durch die Feder R gehalten ist.

Fig.4 ist ein Längsschnitt durch einen Meßkopf gemäß der Erfindung mit einem Motor M und einem piezoelektrischen Wandler T. die in dem Meßkopf angeordnet sind.

Fig. 5a ist eine Ansicht des beweglichen Teils des Boys-Trägers 5 1 von unten.

F i g. 5b ist eine Ansicht des ortsfesten Teils des

uGjä-Tf ägci*s S 2 VOn Oucfi.

F i g. 6 ist ein Längsschnitt durch einen Meßkopf gemäß der Erfindung mit einem Motor M. einem piezoelektrischen Wandler Tarn Ende einer Stange P' und einem Taster P.

Fig. 7 ist ein Längsschnitt durch einen Meßkopf gemäß der Erfindung mit einem piezoelektrischen Motor M, der im Meßkopf angeordnet ist. einem ersten piezoelektrischen Wandler Γι, der im Meßkopf angeorc'::et ist, und einem zweiten piezoelektrischen Wandler T2, der einem Taster Pzugeordnet ist. welcher am Ende einer Stange P'sitzt. Dabei ist jedem Wandler ein elektronisches Detektorsystem zugeordnet.

F i g. 8 zeigt die Verstärkerschaltung A I der Fig. 1,4, 6 und 7.

F i g. 9 zeigt die Schaltung des elektronischen Detektorsystems Dder Fig. 1,4und6.

F i g. 10a, 10b und 10c beziehen sich auf den Fall, bei welchem dem Taster eine kreisförmige Bewegung aufgeprägt wird. Die Fig. 10a und 10b zeigen in der Draufsicht bzw. im Schnitt den Motor M. F i g. 10c zeigt den Schaltplan des dreiphasigen elektronischen Generators, dessen Reaktionsspannung elektrisch erzeugt wird.

Fig. 11 zeigt eine Variante des Schaltschemas der F i g. 1,4 und 6, wobei ein Generator G vorgesehen ist

Bei den Ausführungsformen der Fig. 1,4,6 und 7 hat der Meßkopf einen Träger S, der die Festlegung an dem Gerät bzw. an der Maschine ermöglicht und einen Boden Fmit einem Ring, auf welchem der ortsfeste Teil des Boys-Trägers 52 festlegbar ist.

Der bewegliche Teil des Boys-Trägers 51 wird an Ort und Stelle durch die Feder R gehalten, deren Krc"» der Wirkung des Kontaktdrucks des Tasters P auf das Werkstück entgegenwirkt und verhindert, daß das bewegliche Teil 51 des Trägers auf seinen Kugeln verschwenkt wird, wenn diese Kraft unter einem bestimmten Wert liegt Solange die Träger S1 und S2 gegeneinander durch die Feder R gehalten werden, bilden sie eine Einheit, deren sechs Freiheitsgrade blockiert sind. Im Falle des Verschwenkens wird die Feder R so belastet daß sie die beiden Träger gegeneinander zurückführt

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist der Motor M ein Elektromagnet Der Wandler T ist ein Stabmagnet, der eine Spule trägt Ai ist ein elektronischer Verstärker. Die von dem Motor M und dem Wandler T gebüdete Einheit ermöglicht es, den Taster P mit Hilfe des Verstärkers A 1 in seiner Resonanzfrequenz oszillieren zu lassen.

Wenn eine sinusförmige Spannung an die Klemmen 3 und 4 des Motors Mmit der mechanischen Resonanzfrequenz des Tasters P angelegt wird, beginnt dieser zu vibrieren. Die Änderungen des Magnetflusses, die sich dadurch in dem Wandler T ergeben, verursachen die Induzierung einer Spannung an den Klemmen 1 und 2. Diese Spannung wird als Reaktionsspannung verwende'. Nach dem Verstärken im Verstärker A 1 mit der geeigneten Phase erzeugt sie die Spannung an den Klemmen 3 und 4, so daß auf diese Weise die Reaktionsschleife geschlossen wird.

Sobald der Taster das Werkstück berührt, wird die Schwingung gestört. Ihre Frequenz ändert sich, sie wird gedämpft und dann gestoppt. Das elektronische Detektorsystem oder der Detektor D gibt an seinem Ausgang O ein Signal. Der Druck auf den Taster steigt. der Träger S1 wird auf seinen Kugeln um einen Winkel verschwenkt, der von der Bewegungsamplitude des Tasters bestimmt ist.

Wenn der Eingriff des Tasters aufgehoben ist. kehrt der Träger 51 infolge der Feder R an seinen Ort zurück und der Taster schwingt von neuem. Im allgemeinen ist der Kopf für eine neue Messung etwa 50 ms nach der Lösung des Eingriffs bereit.

Bei der Ausführungsform der F i g. 4 und 5 werden als Motor M piezoelektrische Kristallscheiben Cr 1 und Cr 2 mit entgegengesetzter Polarität verwendet, während der Wandler Taus Scheiben Cr3 und Cr 4 besteht, deren Polarität ebenfalls entgegengesetzt ist. Die Kristalle sind mit einer bestimmten Vorspannung durch di Schraube Vzwischen der Mutter £und dem Träger Sl eingeklemmt.

Fig. 5a zeigt in dem Schnitt B-B'von Fig.4 den beweglichen Teil 51 des Boys-Trägers, der die Kugeln b\, bi und b) trägt, sowie die Fläche der Piezokristall CrI und Cr3. Fig. 5b zeigt den ortsfesten Träger 52, der zu dem von F i g. 1 identisch ist.

Wenn an die Klemmen 3 und 4 eine sinusförmige Spannung angelegt wird, deren Frequenz der mechanischen Resonanz des Tasters P entspricht, ruft die piezoelektrische Wirkung Stärkenänderungen der antreibenden Kristalle CrI und Cr 2 im Rhythmus dieser Frequenz hervor, wodurch der Taster in Schwingung versetzt wird. Die mechanischen Spannungen, die sich daraus in den Kristallen Cr 3 und Cr 4 des Wandlers ergeben, lassen an den Klemmen 1 und 2 eine elektrische Spannung erscheinen. Diese Spannung wirkt, wie im Fall des elektromagnetischen Systems, als Reaktionsspannung und wird im Verstärker A 1 mit der geeigneten Phase verstärkt, um die Spannung für die Klemmen 3 und 4 zu liefern.

Das Feststellen der Berührung erfolgt durch den Detektor D in gleicher Weise und mit den gleichen Eigenschaften wie mit dem oben erwähnten elektromagnetischen System.

Die Ausführungsform von Fig.6 hat die gleichen Bauteile wie die von φ 4, jedoch mit dem Ziel, einen möglichst langen Taster zu erhalten und eine hohe Vibrationsfrequenz und dadurch eine kurze Ansprechzeit beizubehalten. Die Anordnung aus Motor und Wandler sitzt auf einer Stange P". Davon ausgehend erstreckt sich der Taster P. Dieser kurze und leichte Abschnitt hat eine erhöhte Eigenfrequenz, also eine Abtastung bei erhöhter Frequenz.

Die Ausführungsform des Kopfes von Fig.7 entspricht der von F i g. 4. Der Taster Pist jedoch durch eine Stange P' ersetzt, die an ihrem Ende eine Sandwichanordnung von Piezokristallen CrS' und Cr 6'

hat. die einem Taster Fzugeordnet sind.

Die Feststellung der Berührung findet mittels zweier getrennter elektronischer Vorrichtungen statt, von denen die eine mit dem Ausgang des Verstärkers A 1 an den Stellen 3 und 4 und die andere mit den Kristallen ' Cr5' und Cr6' an den Stellen 5 und 6 verbunden ist. Die durch diese beiden Vorrichtungen erzeugten Signale werden einer ODER-Schaltung Ot/zugeführt.

Fig. 7 zeigt das Schaltbild des vollständigen Detektorsystems, bei welchem Re \ und Re2 Gleichrichter, Co 1 und Co 2 Komparatoren. Fa ein aktives Filter mit einem schmalen Band, A 1 ein Lastverstärker und OU eine logische ODER-Schaltung ist. Die Anordnung funktioniert folgendermaßen.:

Bei relativ langsamen und sehr langsamen Meßgeschwindigkeiten werden die Oszillationen der Stange P', sobald die Kugel B berührt, gedämpft, wodurch sich die Frequenz ändert und in einer für diese Geschwindigkeitpn vprnarhläcsifjharpn 7pit Hip O<j7tllatinnpn crpstnnnf

werden. D^:es führt dazu, daß die elektronische Vorrichtung an den Klemmen 3 und 4 ein Signal gibt, welches am Ausgang des Komparators Co 2 und der ODER-Schaltung OU erscheint. Im Gegensatz dazu genügt der Stoß der Kugel B nicht, damit die Kristalle Cr5 und Cr% eine piezoelektrische Spannung erzeugen, die unmittelbar ein Signal am Ausgang von Co 1 erscheinen ließe.

Wenn die Meßgeschwindigkeit von der Berührung an erhöht wird, ist die Dämpfungszeit der Oszillationen nicht mehr vernachlässigbar. Daraus resultiert, daß das Signal am Ausgang von Co 2 nur dann erscheint, wenn der Berührungspunkt überschritten ist. Dies gibt einen Meßfehler, der sich mit der Geschwindigkeit ändert, was störend ist. wenn die Geschwindigkeit nicht konstant ist.

Die von den Kristallen CrS' und Cr6', dem Verstärker Λ 1, dem Gleichrichter Re 1 und dem Komparator Co 1 gebildete Vorrichtung ermöglicht es, diesen Nachteil zu vermeiden. Die Stärke des Stoßes bzw. des Impulses nimmt mit der Geschwindigkeit zu. Die von den Kristallen CrS' und Cr6' erzeugte Spannung wird genügend hoch, damit sie ohne Verzögerung ein Signal an den Klemmen von Co 1 und am Ausgang der ODER-Schaltung UU erscheinen labt.

Für den Durchgang durch das Tor OU liefern die Komparatoren CoI und Co 2 ein Logiksignal der gleichen Art. Aber Co 1 schaltet um, wenn das vom Gleichrichter Re 1 kommende Signal über einen bestimmten Wert wächst, während Co 2 dies macht, wenn das vom Gleichrichter Re 2 kommende Signal unter einen bestimmten Wert absinkt.

Die elektronischen Abschnitte der verschiedenen Ausführungsformen sind in folgender Weise gebaut:

1. Das Verstärkersystem A 1 der F i g. 1,4,6 und 7 ist im einzelnen in F i g. 8 gezeigt Dabei ist A 1 ein Lastverstärker, wie er in der Literaturstelle »Linear Integrated Circuit Application«, G. B. Clayton, S. 34—36, beschrieben ist ft ist ein einstellbarer Phasenschieber, der einfach mit einem Tiefpaßfilter RC versehen ist, das mit einer regelbaren Verstärkung verstellbar ist Λ 2 ist ein Verstärker, dessen Leistung und Verstärkung dem Motor angepaßt ist

2. Einzelheiten des Signaldetektors D der Fig. 1, 4 und 6 sind in F i g. 9 gezeigt Der Detektor ist aus einem schmalbandigen aktiven Filter Fa, das auf die Resonanzfrequenz des Oszillators abgestimmt ist, aus einem Gleichrichter Re und aus einem Kommutator Co zusammengesetzt, dessen Schwel-

Ie durch das Potentiometer Po einstellbar ist. Co schaltet um, wenn das Signal von Re unter die Schwelle absinkt. Die Konstruktion von Fa und Co ist in der Literaturstelle »Integrated Electronics«, Millmann-Halkias, S. 556 und 519 beschrieben.
Eine weitere Lösung besteht darin, eine integrierte Schaltung (FX-105, Consumer Microcircuit Ltd., England), die in der Zeitschrift »Der Elektroniker«, Nr. 7/1975 beschrieben ist, oder andere handelsübliche integrierte Schaltungen zu verwenden. Die Einzelheiten der Bauelemente Re 1, Re 2, Co 1, Co 2, Fa und a I des Schaltbilds von F i g. 7 können den F i g. 8 und 9 entnommen werden.

Wenn in den Fig. 1, 4, 6 und 7 die einphasigen Motoren und Wandler durch dreiphasige Systeme mit Drehfeld ersetzt werden, kann man das Ende des Tasters einen Kreis beschreiben lassen, so daß man eine kreisförmige Abtastung erhält. Ein solches System mit FiCÄOki iStäiicü Ί5Ί iit den Γ i g. iOä, 10b Und ICc gezeigt.

Die Fig. 10a und 10b zeigen die Kristallanordnung, während Fig. 10c das Schaltbild des elektronischen Dreiphasengenerators zeigt, das beispielsweise in dem Buch von R. Damaye, S. 33, »Les Oscillateurs, Genarateurs et Conformateurs de signaux«, Editions techniques et scientifiques frangaises, beschrieben ist.

Für die Ausführung mit kreisförmiger Abtastung gemäß den F i g. 4 und 6 werden die Sandwichanordnungen CrI, Cr2, Cr3 und Cr4 durch das Dreiphasensystem CrI, Cr 2, Cr 3, Cr 4, Cr 5 und Cr 6 ersetzt, während der Verstärker A 1 durch den entsprechenden elektronischen Teil von Fig. 10c ersetzt wird. Der Signaldetektor D kann zwischen die Klemmen 1 und 2 von Fig. 10c geschaltet werden und entspricht der Vorrichtung von F i g. 9.

Für die Ausführung einer Kreisabtastung mit der Anordnung nach F i g. 7 müssen die Sandwichanordnungen CrI, Cr2, Cr3, Cr4 durch das Dreiphasensystem CrI, Cr 2, Cr 3, Cr 4, Cr 5 und Cr 6 ersetzt werden, während der Verstärker A 1 durch den entsprechenden elektronischen Abschnitt von Fig. 10c zu ersetzen ist. Die Sandwichanordnungen, bestehend aus Cr 5' und Cr6', die am Ende des Tasters angeordnet sind, und das Detektorsystem Dbleiben unverändert.

Wenn in den F i g. 1,4 und 6 die Reaktionsschleife am Eintritt des Motors unterbrochen wird, wobei dieser durch einen elektronischen oder elektromagnetischen Generator, dessen Frequenz der Eigenfrequenz des

ίο Tasters entspricht, gespeist wird, beispielsweise durch einen Stimmgabelgenerator (Buch von Damaye, »Les Oscillateurs, Gen6rateurs et Conformateurs de signaux«, S. 99), signalisiert der Detektor D die Änderungen der Übertragungsimpedanz infolge der Berührung des Tasters. Der Blockaufbau entspricht dem von Fig. 11. Das elektrische Schaltbild des Detektors O entspricht dem von F i g. 9 mit oder ohne Filter Fa.

Es kann auch ein Generator G in Betracht gezogen v/erdsp·, der 2'jf die Ei^nfrcH'fn? Hp* Tasters B synchronisiert ist, wenn er seinerseits von der Spannung gesteuert wird, die aus dem Wandler Tan dem Halter austritt. Eine solche Verbindung ist durch die gestrichelte Linie veranschaulicht. Die Ausführungsformen mit den Motoren und den Piezowandlern können auch mittels elektromagnetischer oder elektrodynamischer Einrichtungen verwirklicht werden. Ein Ausführungsbeispiel dafür für die Erregung der Vibrationen von Stimmgabeln ist in dem genannten Buch von Damaye auf den Seiten 99,101 und 109 beschrieben.

Im Hinblick auf eine Miniaturisierung der ausführbaren Schaltungen mit der modernen Elektronik können in dem Meßkopf selbst die Schaltungen der verschiedenen Blockschaltbilder Platz finden. Infolgedessen kann es sich als vorteilhaft erweisen, das Ausgangssignai des Detektorsystems D oder der ODER-Schaltung OU auf drahtlosem Weg zum Meßsystem zu übertragen. Die Übertragung kann mittels Radiowellen, auf optischem Weg oder durch Ultraschall erfolgen.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Meßkopf mit einem Taster, gekennzeichnet durch einen Motor (MX der das freie Ende des Tasters (P) mit geringer Amplitude bei seiner Resonanzfrequenz schwingen laut, durch wenigstens einen Wandler (T) für die Aufnahme der mechanischen Schwingungen des Tasters (P) und durch ein oder mehrere elektronische Detektorsysteme (D), die an den Wandler oder die Wandler angeschlossen sind.

Z Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekenneichnet, daß der Motor (M) ein elektromagnetischer Motor ist

3. Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, daß der Motor (M) ein piezoelektrischer Motor ist

4. Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Motor (M)ein elektrodynamischer Motor ist.

5. MfcG'iopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Wandler (T) oder mehrere Wandler (T) elektromagnetische Wandler sind.

6. Meßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Wandler oder mehrere Wandler (T)piezoelektrische Wandler sind.

7. Meßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Wandler oder mehrere der Wandler (T) elektrodynamische Wandler S'nd

8. Meßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, d-d der Motor (M) von einem von einem de. Wandler (T) abgegebenen Signal gespeist wird.

9. Meßkopf nach einem der Ansprüche I bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (M) von einem Generator (G) gespeist wird, der auf die Kigenfrcquenz des Tasters ^abgestimmt ist.

10 Meßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 7. dadurch gekennzeichnet daß der Motor (M) von einem Generator (G) gespeist wird, der zur Eigenfrequenz des Tasters ^synchronisiert ist.

11 Meßkopf nach einem der ^Sprüche 1 bis 10. dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Detektorsystem (D) auf die Frequenz des Signals eines der Wandler ^anspricht.

12 Meßkopf nach einem der Ansprüche I bis 10. dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Detektorsystem (D) auf die Amplitude des Signals eines der Wandirr ^anspricht

I i. Meßkopf ndch einem der Ansprüche ! bis 12. dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Motor (M) dem Taster (P) aufgeprägte Schwingung eine ebene Oszillation ist.

14 Meßkopf nach einem der Ansprüche I bis 12. dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Motor (M) dem Taster (P) aufgeprägte Schwingung eine Drehbewegung ist

IV McBkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (M)und der Wandler (T) an einem Träger des Tasters (P) befestigt sind.

16. Meßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (M)und der Wandler (77an dem Taster (P)befestigt sind.

17. Meßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 14,

dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (M) an dem Träger des Tasters (P) befestigt ist und der Wandler (T) am Taster (P; festgelegt ist

18. Meßkopf nach einem der Ansprüche I bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (M) an dem Träger des Tasters (P) befestigt ist, daß ein erster Wandler an dem Träger des Tasters (P) befestigt ist und daß ein zweiter Wandler (T) an dem Taster (P) selbst befestigt ist.

19. Meßkopf nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger des Tasters (P)s\n Boys-Träger (Su Sj) ist der in dem Kopf unter der Wirkung einer Feder fTtygehalten ist

20. Meßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 19, gekennzeichnet durch ein drahtloses Übertragungssystem für das Signal, welches Radiowellen verwendet

21. Meßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 19, gekennzeichnet durch ein drahtloses Übertragungssystem für das Signal, welches Lichtwellen verwendet.

22. Meßkopf nach einem der Ansprüche ! bis !9, gekennzeichnet durch ein drahtloses Übertragungssystem für das Signal, welches Ultraschallwellen verwendet.

23. Verfahren zum Betätigen des Meßkopfes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurrh gekennzeichne·, daß der Taster, der mit seiner Resonanzfrequenz schwingt, in einen mechanischen Kontakt mit dem Meßobjekt eintritt, daß wenigstens ein Wandler des Meßkopfs die Störung der Schwingung empfangt, die von dem mechanischen Kontakt hervorgerufen wird und daß das entsprechende elektronische Detektorsystem das gestörte Signal des Wandlers empfängt und den Zeitpunkt des Kontakts anzeigt.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Detektorsystem, welches einem der Wandler zugeordnet ist. die Änderungen der Frequenz der Oszillation feststellt, die auf den mechanischen Kontakt des Tasters mit dem Meßobjekt folgen.

25. Verfahren nach Anspruch 23. dadurch gekennzeichnet, daß das elektronische Detektorsystem, welches einem der Wandler zugeordnet ist. die Änderungen 'er Amplitude der Oszillation leststellt. die auf den Kontakt des Tasters mit dem Meßobjekt folgen.

2b. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25. dadurch gekennzeichnet, daß das von dem Wandler an den Taster abgegebene gestörte Signal ein Signal mit einer wachsenden Spannung ist und daß das zugeordnete elektronische Detektorsystem das Überschreiten einer oberen Schwelle der Spannung anzeigt.