DE2948170A1 - Messtaster - Google Patents

Description

Meßtaster

Die Erfindung betrifft einen Meßtaster zum Messen von inneren Abmessungen/ insbesondere Innendurchmessern von Werkstücken. Dabei sind an einem Halter zwei auslenkbare Meßglieder befestigt/ deren Fühler in Anlage an das zu messende Werkstück gebracht werden, wobei jeder Fühler mit dem zugehörigen Meßglied derart verbunden ist/ daß es im wesentlichen gegenüber der Längsachse des Meßtasters in radialer Richtung auslenkbar ist. Ferner ist ein Meßwandler mit einem beweglichen Element vorgesehen, der ein der Stellung des beweglichen Elementes entsprechendes Signal liefert. Die Verbindung zwischen dem beweglichen Element des Meßwandlers und den Meßgliedern besteht aus einer nachgiebigen Brücke und aus eiier Halteeinrichtung für das bewegliche Element, die mit dem Blättchen verbunden ist, und im wesentlichen in axialer Richtung des Meßtasters verläuft.

Zum Stand der Technik werden die US-PSen 39 58 338 und 39 58 337 genannt, aus denen insbesondere für kleine Durchmesser, z.B. in der Größenordnung von 3 mm, geeignete elektronische Meßtaster bekannt sind.

Wie aus der US-PS 39 58 338 hervorgeht, sind die beiden Meßfühler an zwei flexiblen Laminaten oder dünnen Querschnitten befestigt, die mit zwei Enden an dem Rahmen angeschweißt sind. Die Meßfühler sind infolge des Durchbiegens der dünnen Querschnitte beweglich,

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nämlich in einer im wesentlichen radialen Richtung in Bezug auf den Meßtaster und die zu messende Bohrung, und zwar abhängig von der Größe des Durchmessers.

Die radiale Bewegung der Meßglieder wird in eine im wesentlichen axiale Bewegung des beweglichen Elementes des Meßwandlers umgewandelt. Hierzu dient ein drittes Laminat, welches die ersten beiden Laminate bzw. Querschnitte verbindet und ein zwischen einem Punkt des dritten Laminates und dem beweglichen Element des Meßwandlers befestigten und durch eine Feder gespannte^ Draht.

Der Meßtaster nach US-PS 39 58 337 besteht ebenfalls aus zwei steifen Elementen, die mit dem mittleren Abschnitt der die Meßfühler tragenden Laminate befestigt sind, und zwei zwischen den Laminaten und einem dritten Laminat angeordneten steifen Elementen. Es sind ferner mechanische Meßtaster zum Messen von Innendurchmessern bekannt, sog. Kleintaster, die aus zwei, durch Bearbeiten eines einzelnen Werkstückes erhaltenen Längselementen bestehen, die entsprechend zwei dünnen Querschnitten nachgiebig sind und so eine radiale Bewegung der freien Enden gestatten. Die freien Enden besitzen Teile, die in Anlage an die Wandungen der Bohrung gebracht werden. Bewegen sich die beiden Längselemente auseinander, so verschiebt sich ein drittes Längselement in axialer Richtung, das aus einer Übertragungsstange besteht, die ein verjüngtes Ende aufweist, dessen Wandungen an entsprechende Begrenzungsanschläge der ersten beiden Elemente in Anlage gebracht v/erden. Die Stange

betätigt eine Spindel eines Meßinstrumentes/ welche eine Anzeige abhängig von der axialen Lage der Stange liefert.

Diese mechanischen Taster, die von einfacher Bauweise und billig herzustellen sind, besitzen einen verhältnismäßig breiten Anwendungsbereich und sind einfach im Gebrauch, können jedoch nur dort verwendet werden, wo keine besonders große Meßgenauigkeit erforderlich ist. Im praktischen Gebrauch wird die Meßgenauigkeit außerdem dadurch erheblich verschlechtert, daß z.B. Gleitflächen vorhanden sind, deren Kontaktbedingungen von Reibung, Verschleiß und Schmutz abhängig sind.

Somit unterscheiden sich die mechanischen Taster nicht nur ihrer Konstruktionsweise nach, sondern auch ihrem Anwendungsgebiet nach von den elektronischen Meßtastern.

Die Bauweise der in den beiden Entgegenhaltungen erläuterten Meßtaster zielt darauf ab, daß die Abmessungen und die Bauweise der einzelnen Bauteile gegenüber solchen Meßtastern verringert bzw. vereinfacht werden, die aus beweglichen festen Armen, Gelenken zum Verbinden der Arme mit dem Rahmen und einer Verbindung und/oder übertragung zwischen den beweglichen Armen und dem Meßwandler bestehen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, einen Meßtaster für kleine Durchmesser zu schaffen, der einfacher und billiger als elektronische Meßtaster herzustellen ist, der

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außerdem besonders robust gebaut ist und mit dem sich mindestens eine mit bekannten Vorrichtungen vergleichbare Meßgenauigkeit erzielen läßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Halter und die beweglichen Elemente im wesentlichen aus einem einzigen

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Teil bestehen, das einen/Halter darstellenden ABschitt besitzt und hieran anschließend einei mit einem Längsschlitz versehenen die Meßglieder darstellenden Abschnitt. Dieser

Abschnitt hat nahe dem Ende des Längsschlitzes zwei dünne flexible Stege die als Gelenkpunkte dienen, um die sich die beweglichen Meßglieder gegenüber dem Halteabschnitt bewegen können, wobei eine dünne elastische Brücke zv/ischen den längsgeteilten Abschnitten nahe am anderen Ende des Längsschlitzes angeordnet ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschlitz durch einen Meßtaster in einer bevorzugten Ausführungsform;

Fig. 2 einen Querschnitt durch den in Fig. 1 dargestellten Taster längs der Linie II-II in Fig. 1 .

Der in der Zeichnung dargestellte Meßtaster wird manuell bedient und besitzt einen zylindrischen Handgriff 1, in dem ein Differentialmeßwandler 2 eingesetzt ist, der aus einer Spule 3 mit einer Primärwicklung und zwei Sekundärwicklungen und einem

Anker 4 besteht, der in der mit dem Handgriff 1 zusammenfallenden Meßachse beweglich ist. Die Spule 3 ist durch einen Ring 5, eine Hülse 6 und eine Gewindebuchse 7 festgehalten und im Handgriff 1 eingeschraubt, wobei die Buchse 6 die Spule 3 auf den Ring 5 drückt, der an einer Platte 8 des Handgriffs 1 anliegt. Die Buchse 7 ist mittels einer Mutter 9 befestigt. Elektrische Anschlüsse 10,11 sind an die Wicklungsenden der Spule 3 geführt und sind in einem Kabel 12 aus dem Handgriff 1 herausgeführt, das in einer öffnung der Buchse 7 angeordnet ist.

Die Außenseite des Meßteils 13 ist im wesentlichen zylindrisch und der obere Abschnitt 14 ist von unten her an die Platte 8 angeschraubt. In dem einstückig ausgeführten Meßteil 13 ist eine Querbohrung 15 angeordnet, deren geometrische Achse rechtwinklig zur Längsachse des Meßkörpers 13 verläuft, d.h. zur Achse des Meßtasters, und die in der gleichen Ebene (rechtwinklig zur Ebene der Fig. 1) liegt. Der Durchmesser der Bohrung 15 ist so gewählt, daß zwei dünne nachgiebige Stege 16,17 im Längsabschnitt des Meßkörpers 13 stehen bleiben.

Unterhalb der Bohrung 15 teilt ein in Längsrichtung verlaufender Schlitz 18 den Meßkörper 13 in zwei Teile 19,2o. Nahe dem unteren Ende des Meßkörpers 13 ist eine weitere Querbohrung 21 mit einem kleineren EUrchmesser als der der Bohrung 15 vorgesehen, deren geometrische Achse parallel zu der Achse der Bohrung 15 liegt. In der Bohrung 21 ist eine Lamelle 22 von V-förmigem Querschnitt eingesetzt, dessen seitliche Fortsätze 23,24 in Schlitzen 25,26 der Teile 19,2o eingesetzt sind. Das Blättchen

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besitzt eine Bohrung am Scheitel, durch die sich ein Draht erstreckt, dessen Ende mit einer kleinen Anschlagkugel 27a versehen ist, welche am unteren Teil der Lamelle angreift.

Der Draht 27 ist durch den Längsschlitz 18 und durch eine Bohrung 28 im oberen Teil 14 des Meßkörpers 13 und eine weitere Bohrung 29 in der Platte 8 geführt und ist mit dem Anker 4 verbunden. Auf der anderen Seite des Ankers 4 greift eine Feder 3o an, die an einem Zapfen 31 des Handgriffs 1 befestigt ist. Die Feder 3o hält den Draht 27 in axialer Richtung des Tasters gespannt.

Nahe der Bohrung 21 besitzen die beiden Abschnitte 19,2o radiale Bohrungen 32,33 rechtwinklig zum Längsschlitz 18, in welche Taster 34,35 mit Köpfen 36,37 eingesetzt sind. Die Taster 34, 35 sind mittels Schrauben 38,39 festgelegt.

Ein Schutz- und Zentrierteil 4o am vorderen Ende des Tasters ist mit dem Abschnitt 14 des Meßkörpers 13 verschraubt und Besitzt im unteren Teil Bohrungen 41,42 für den Durchtritt der Taster 34,35. Die Stirnseite der Schutzhülse 4o ist mit einem kreisförmigen Deckel 43 verschlossen.

Die Längsglieder 19,22 bilden zwei feste Arme, die um die durch die Stege 16,17 definierten Gelenke schwenken. Bewegen sich die beiden Arme 19,2o aufeinander zu, so biegt sich das

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Blättchen 22 durch und wandert nach unten aus. Wählt man den durch die beiden Schenkel der Brücke 22 definierten Winkel in entsprechender Weise aus, wenn der Taster in Nullmeßstellung steht, so erhält man durch die gegenseitige Annäherung der Köpfe 36,37 eine axiale Bewegung in Richtung der äußeren Kante des Blättchens 22 und somit des Drahtes 2 7 und des Ankers 4.

Will man Bohrungen mit einem brannten Nenndurchmesser überprüfen, so muß eine passende Schutzhülse 4o gewählt werden, die ein mittiges Ausrichten des Meßtasters gestattet, so daß die Meßachse mit der Bohrungsachse zusammenfällt, und müssen die Meßköpfe 36,37 auf den Bohrungsdurchmesser ausgerichtet werden.

Hat man eine Schutzhülse 4o vom passenden Durchmesser ausgewählt, so wird der Taster in bekannter Weise unter Heranziehung einer Lehre auf den Nullpunkt abgeglichen, indem man die Lage der Taster 34,35 einstellt und einen elektrischen Abgleich mittels eines Potentiometers durchführt, das in dem mittels des Kabels 12 angeschlossenen Anzeigegerätes 5o vorgesehen ist. Dann wird der Meßteiler nacheinander in die verschiedenen zu überprüfenden Bohrungen eingeführt. Das Anzeigegerät 5o läßt dann die Abweichungen der Bohrungsabmessungen gegenüber der Lehre erkennen.

Auf der Innenseite der Arme 19,2o sind Rillen 45,46 vorgesehen, daß der Draht 2 7 bei den Meßbewegungen nicht anstreifen kann. Der innere Durchmesser der Schutzhülse 4o ist so gewählt, daß in der Ruhelage die Arme 19,2o die Innenfläche der Schutzhülse berühren, womit der Hub begrenzt ist, oder mit anderen Worten,

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das größtmögliche Auseinanderklaffen der Arme 19,2o fixiert ist.

Ist die Dicke der Schutzhülse 4o bekannt, so kann sie berücksichtigt werden, wenn der Meßtaster mechanisch auf Null abgeglichen wird.

Die Herstellung der beiden Arme 19,2o aus einem einzigen Werkstück vermittelt eine Vereinfachung des Hastellungsvorgangs und geringere Kosten, doch ist das Gerät andererseits außergewöhnlich robust, genau und wiederholbar. Der schwierigste Herstellungsvorgang ist darin zu sehen, daß die Bohrung 15 einen solchen Durchmesser aufweisen muß, daß man die richtige Dicke der dünnen Stege 16,17 erhält. Dabei erhält man zwei an sich bekannte Gelenkpunkte, welche entscheidend für die hervorragende Güte des Meßtasters sind.

Mit dieser Technologie ist es ferner möglich, den Meßtaster mit festen, aber beweglichen Armen zu versehen, der eine genau definierte Geometrie aufweist und insbesondere zum Überprüfen von kleinen Durchmessern, z.B. in der Größenordnung von 3 mm, brauchbar ist.

Die Enden der Brücke 22, d-Ie. auch eine andere als die hier gezeigte flache Form aufweisen kann, das z.B. eine gekrümmte Form besitzen kann, wird unmittelbar an den Armen 19, 2o oder an Zwischenelementen festgespannt. Die Zwischenelemente können z.B. aus verzahnten Zapfen bestehen, die mit Ausnehmungen in den Armen 19,2o zusammenwirken.

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Die Form der Lamelle kann auch eine andere als V-förmig sein, z.B. ein Halbkreis oder ein Rhombus usw.

Die Verbindung des Drahtes 2 7 zum Blättchen mittels einer Anschlagkugel 27a ist insbesondere zur Vereinfachung der Herstellung und des Zusammenbaus gedacht und ist deshalb bevorzugt. Trotzdem kann die Verbindung auch durch Einhängen oder Löten usw. hergestellt werden.

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Claims (9)

1. Meßtaster zum Prüfen von Innenabmessungen, insbesondere von Bohrungsinnendurchmessern, bestehend aus einem Halter, zwei mit dem Halter verbundenen und gegeneinander beweglichen Meßgliedern, zwei mit dem zu messendenVferkstück in Anlage bringbaren Fühlern, von denen jeder mit einem ihm zugeordneten Meßglied derart verbunden ist, daß er gegenüber der Längsachse des Meßtasters in radialer Richtung auslenkbar ist, ferner bestehend aus einem Meßwandler mit einem beweglichen Element, der ein der Lage des beweglichen Elements entsprechendes Signal liefert und aus Verbindungsmitteln zwischen dem beweglichen Element und den Meßgliedern, die aus einem nachgiebigen dünnen Bauteil und einer Halteeinrichtung für das bewegliche Element bestehen, die mit dem nachgiebigen Bauteil verbunden und in axialer Richtung des Meßtasters angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter und die beweglichen Teile aus einem einzigen Werkstück (13) bestehen, das einen dem Halter entsprechenden Basisabschnitt (14) und einen angrenzenden, mit

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einem Längsschlitz (18) in zwei Arme (19,2o) aufgeteilten Abschnitt aufweist, wobei der Meßkörper nahe dem Ende des Längsschlitzes (18) neben dem Basisabschnitt (14) zwei dünne, nachgiebige Stege (16,17) aufweist, die als Gelenkpunkte zum Auslenken der beweglichen Arme gegenüber dem Basisabschnitt (14) dienen, und wobei ein nachgiebiges Blättchen (22) zwischen den längsgeteilten Abschnitten (19,2o) nahe dem anderen Ende des Längsschlitzes (18) eingesetzt ist.

2. Meßtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkörper (13) nahe dem anderen Ende des Längsschlitzes (18) eine Querbohrung (21) aufweist, die senkrecht zum Längsschlitz (18) verläuft und in der das nachgiebige Blättchen (22) eingesetzt ist, und wobei das nachgiebige Blättchen (22) zwei Fortsätze (23,24) aufweist, die mit den Meßgliedern verbunden sind, und wobei das Blättchen beim Gegeneinanderbewegen der Fühler (36,37) in Richtung der Tasterachse bewegbar ist.

3. Meßtaster nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende eines Drahtes (27) an dem Blättchen (22) und das andere Ende an dem beweglichen Element (4) des Meßwandlers (2) befestigt ist und der Draht (27) in Achsrichtung durch eine Feder (3o) gespannt ist.

4. Meßtaster nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht (27) bei einer Annäherung der Meßglieder in Rillen (45,46) der Meßglieder aufgenommen ist.

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5. Meßtaster nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Blättchen (22) eineBohrung für den Draht (27) vorgesehen ist und der Draht an dem Blättchen mittels eines Halteelementes (27a) festgelegt ist.

6. Meßtaster nach einem der Ansprüche 1-5 mit einer Schutz- und Zentrierhülse, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzhülse (4o) mit dem Basisabschnitt (14) des Meßkörpers (13) lösbar verbunden ist.

7. Meßtaster nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,daß die Innenfläche der Schutzhülse (4o) als Anschlag für die Arme (19,2o) in ihrer äußersten Stellung dient.

8. Meßtaster nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß in den Meßarmen rechtwinklig zum Längsschlitz (18) verlaufende Bohrungen (32,33) zum Einsetzen von Tastelementen (34,35) vorgesehen sind.

9. Meßtaster nach einem der Ansprüche 1-8 mit einem Handgriff, dadurch gekennzeichnet, daß der Basisabschnitt (14) des Meßkörpers (13) an den Handgriff (1) angeschraubt ist.

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