DE3026353A1

DE3026353A1 - Messinstrument zur ueberpruefung von linearen abmessungen

Info

Publication number: DE3026353A1
Application number: DE19803026353
Authority: DE
Inventors: Mario Possati
Original assignee: Finike Italiana Marposs SpA
Current assignee: Marposs SpA
Priority date: 1979-07-24
Filing date: 1980-07-11
Publication date: 1981-02-12
Also published as: CH645715A5; IT1165861B; US4341019A; JPS6144504U; JPS5639405A; IT7903463A0; GB2056679B; FR2461923B1; DE3026353C2; GB2056679A; FR2461923A1

Description

Meßinstrument zur Überprüfung von linearen Abmessungen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Meßinstrument zur Überprüfung von linearen Abmessungen, einschließlich eines Auflagers, vom Auflager getragenen Gelenkeinrichtungen, einem Arm, der den Gelenkeinrichtungen zugeordnet ist und relativ zum Auflager beweglich ist, einem dem beweglichen Arm zugeordneten Meßfühler, um auf diesen die gemessenen Verschiebungen zu übertragen, und Wandlereinrichtungen zur Schaffung eines Signales, das von der Position des beweglichen Armes abhängig ist. Die Gelenkeinrichtungen umfassen ein Element mit einem entlasteten Abschnitt, der nachgiebig flexibel ist und eine geometrische Rotationsachse bildet. Das Element weist einen ersten und einen zweiten Abschnitt und einen Verbindungsabschnitt zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt auf.

Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung Meßinstrumente oder Meßköpfe zur Überprüfung der linearen Abmessungen von mechanischen Werkstücken.

Meßinstrumente zur Überprüfung von linearen Abmessungen, die eine oder mehrere Gelenkeinrichtungen zur Durchführung einer Drehbewegung aufweisen, sind bereits bekannt, beispielsweise aus der Italienischen Patentschrift 940 271. Die Gelenkeinrichtung wird dadurch verwirklicht, daß man ein Armlagerelement mit einem Loch und einem Spalt versieht. Durch

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dieses Loch und den Spalt wird die Querschnittadicke des Lagerelementes stark eingeschränkt, so daß ein Abschnitt mit minimaler Dicke gewonnen wird, der somit eine federnde Flexibilität erhält. Das Lagerelement besteht somit aus zwei Abschnitten, die durch den Abschnitt mit geringerer Dicke miteinander verbunden sind, welcher eine Relativbewegung zwischen den ersten beiden Abschnitten und folglich eine Bewegung des Meßarmes, der an einem der ersten beiden Abschnitte befestigt, relativ zu einem Auflager, an dem der zweite Abschnitt befestigt ist, ermöglicht.

Eine derartige Gelenkeinrichtung stellt den erforderlichen Grad an Flexibilität zur Verfügung, um die erforderliche Rotationsbewegung zu erreichen, ist jedoch zur gleichen Zeit ziemlich widerstandsfähig gegenüber irgendwelchen Spannungen, die Bewegungen anderer Art verursachen könnten. Darüber hinaus wird durch die Abwesenheit von irgendwelchen Gleit- und Reibbewegungen eine fortdauernde Wiederholbarkeit und Genauigkeit der Messungen erreicht.

Diese bekannten Gelenkeinrichtungen weisen jedoch in bezug auf ihre Herstellungsverfahren und die damit verbundenen Kosten einige Nachteile auf. Da die Überprüfung der Abmessungen eines mechanischen Werkstückes eine ziemlich große Anzahl von Meßköpfen oder Meßeinheiten erforderlich machen kann, ist es augenscheinlich, daß die vorstehend erwähnten Nachteile eine relativ große Bedeutung erhalten können.

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Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Meßinstrument mit einer Gelenkeinrichtung zur Verfügung zu stellen, die die Vorteile der vorstehend beschriebenen bekannten Gelenkeinrichtungen aufweist, jedoch in einer einfacheren und billigeren Weise hergestellt werden kann als die Gelenkeinrichtungen des Standes der Technik.

Diese und andere Ziele und Vorteile werden durch ein Meßinstrument der eingangs beschriebenen Art erreicht, bei dem in erfindungsgemäßer Weise der Verbindungsabschnitt gebogen ist und an seiner konvexen Seite eine Abfasung aufweist, durch die die Dicke des Verbindungsabschnittes örtlich reduziert wird, um einen entlasteten Abschnitt vorzusehen·

Die Erfindung wird nunmehr im einzelnen in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 einen vertikalen Längsschnitt durch ein Meßinstrument zur Überprüfung der linearen Abmessungen von mechanischen Teilen gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Figur 2 einen horizontalen Längsschnitt durch das in Figur 1 gezeigte Meßinstrument;

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Figur 3 eine vertikalen Längsschnitt durch ein Meßinstrument gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Figur 4 eine Draufsicht auf das in Figur 3 dargestellte Meßinstrument j

Figur 5 eine Seitenansicht einer Armeinheit für Meßköpfe vom sogenannten "Parallelogrammtyp", die einer dritten Ausführungsform der Erfindung entspricht;

Figur 6 eine Teilseitenansicht der in Figur 5 gezeigten Armeeinheit;

Figur 7 einen Horizontalschnitt eines Elementes der in den Figuren 5 und 6 dargestellten Armeinheit; und

die Figuren

θ und 9 einen seitlichen Schnitt und eine Draufsicht einer Armeinheit gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.

Der in den Figuren Ί und 2 dargestellte Meßkopf besitzt ein Auflager 1, das an einer Basis 2 befestigt ist, auf der Werkstück 3 liegt, dessen Höhe oder genauer gesagt dessen Höhenabweichung von einem Nennwert überprüft werden soll.

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Mit dem Auflager 1 verriegelt ist ein flaches längliches Element 5 (Figur 1), das an einem Ende in einem Flügel 6 endet, der sich in Querrichtung relativ zum Auflager 1 erstreckt. Der Flügel 6 besitzt eine Bohrung 7 für den Durchgang eines elektrischen Kabels 8. Das Kabel 8 ist mit einem reißfesten Knoten 9 versehen, der auf der Oberfläche des Flügels 6 liegt.

Die Drahtleitungen des Kabels 8 enden an Polklemmen 10, die mit dem Element 5 verbunden sind. Das Element 5 besteht aus einem einzigen Stück gebogenen Stahlbleches für Federn und ist an der dem Flügel 6 gegenüberliegenden Seite U-förmig gebogen. Es weist einen Querabschnitt 11 mit einem Loch 12 auf. Der Abschnitt 11 besitzt zwei Abschnitte 14 und 15 geringerer Dicke, die als Gelenkeinrichtungen wirken. Die Entlastung der beiden Abschnitte 14 und 15 wird durch einen Schleißvorgang einer Schleifmaschine erreicht, die in dem konvexen Teil des Abschnittes 12 Abfasungen 16 und 17 herstellt. Die Oberfläche der Abfasungen 16 und 17 erstreckt sich im Ruhezustand im wesentlichen senkrecht zu den beiden Seiten des Elementes 5.

Ein Arm 18 mit einem quadratischen Querschnitt erstreckt sich durch das Loch 12 und ist mit einer Seite 19 des Elementes 5 verschweißt. Durch die federnde Ablenkung der Abschnitte 14 und 15 kann die Seite 19 zusammen mit dem Arm 18 um eine geometrische Achse gedreht werden, die die Abschnitte 14 und 15 kreuzt. Ein Meßfühler 20 ist am Ende des Armes 18

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angeklemmt. Eine Feder 21 beaufschlagt die Seite 19 mit einer Kraft, die eine Drehung des Armes 18 im Uhrzeigersinn bewirkt und somit den Meßfühler 20 mit dem Werkstück 3 mit einer angemessenen Berührungskraft in Kontakt bringt.

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Eine Lagedifferen^einrichtung, die mit dem oberen Teil

des Elementes 5 verbundene Wicklungen 22 aufweist, eine
mit der Seite 19 verklemmte Spindel 23 und einen Magnetkern 24 stellt mit Hilfe einer Stromversorgung und einsm Ausgangskabel θ ein Signal zur Verfügung,- das von der Position des Meßfühlers 20 abhängig ist.

Der in Figur 3 gezeigte Meßkopf wird von einer Seite eines Auflagers 27 getragen, mit der die kürzere Seite 30 eines L-förmigen gebogenen Stahlblechelementes 31 verklemmt ist. Die längere Seite oder der Arm 32 des Elementes 31 trägt an seinem Ende einen Meßfühler 33 und eine mit einem Magnet-· kern 35 versehene Spindel 34, die an einem Zwischenpunkt
angeordnet ist. Der Magnetkern 35 bewegt sich innerhalb
von Wicklungen 36, die am Auflager 2? befestigt sind.

Die Wicklungen 36 sind über ein Kabel 37 mit einer Stromversorgung und einer nicht gezeigten Anzeigeeinheit verbunden.

Die beiden Seiten 30 und 32 des Elementes 31 sind über einen gebogenen Abschnitt 38, der auf seiner konvexen Seite eine flache Abfasung 39 aufweist, miteinander verbunden. Die

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Oberfläche der Abfasung 39 ist im Ruhezustand unter einem Winkel von 45° zu den geometrischen Längsachsen der Seiten

30 und 32 angeordnet. Die Dicke des Stahlbleches des Elementes

31 kann beispielsweise 2 mm betragen und ist am abgefasten Abschnitt 39 bis auf einen Minimalwert von 0,7 mm reduziert. Die Seite 32 kann daher begrenzte Drehbewegungen um die horizontale geometrische Achse (senkrecht zur Ebene der Figur 3) erfahren, die den am meisten entlasteten Bereich des Abschnittes 38 kreuzt. Eine zwischen der Seite 32 und dem Auflager 27 angeordnete Feder 40 bewirkt, daß sich der Arm 32 im Uhrzeigersinn dreht, so daß auf diese Weise der Meßfühler 33 mit einer angemessenen Berührungskraft mit der Oberfläche des zu überprüfenden Werkstückes (nicht gezeigt) in Kontakt tritt.

Die in den Figuren 5, 6 und 7 gezeigte Armeinheit umfaßt zwei identische Elemente 44 und 44', die aus gebogenem Stahlblech hergestellt sind. Diese beiden Elemente sind an ihren unteren Füßen mit einem Auflager 45 verbunden bzw. verschweißt, das an einem Gehäuse (nicht gezeigt) eines Meßkopfes befestigt ist. Mit den oberen Füßen der Elemente 44 und 44' ist ein beweglicher Arm 46 verbunden bzw. verschweißt, der einen nicht gezeigten Meßfühler trägt.

Das Element 44 wird nunmehr im einzelnen beschrieben. Es besteht aus einem einzigen Stück geformten Stahlbleches, das zwei horizontale Ränder 47 und 48 und einen im wesentlichen vertikalen Abschnitt 49 aufweist. Der Abschnitt 49 besitzt

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einen mittleren Teil 50 und zwei gekrümmte Abschnitte 51 und 52, über die der Teil 50 mit den horizontalen Rändern 47 und 48 verbunden ist. An der äußeren konvexen Fläche der Abschnitte 51 und 52 befinden sich zwei abgeschliffene flache Abfasungen 53 und 54, durch die die Stahlblechdicke reduziert wird, so daß zwei dünne federnd flexible Abschnitte ausgebildet werden.

Die Oberfläche der Abfasungen 53, 54 erstreckt sich im Ruhezustand senkrecht zu den horizontalen Rändern 47 und 4B.

Das Element 44 umfaßt ebenfalls zwei vertikale Platten 55 und 56, die an dem oberen horizontalen Rand 48 befestigt sind.

Wie bereits erwähnt, ist das Element 44' mit dem Element 44 identisch ausgebildet, jedoch mit diesem in umgekehrter Lage verbunden, d.h. so, daß sein Horizontalrand 48' mit dem Rand 47 und daß seine Platte 55' mit der Platte 55 ausgerichtet ist.

Mit den beiden Platten der beiden Elemente 44 und 44· sind entsprechende Elemente eines Wandlers (nicht gezeigt) und die Enden einer Feder (ebenfalls nicht gezeigt), die eine geeignete Berührungskraft zwischen einem Meßfühler und dem zu überprüfenden Werkstück sicherstellt, verklemmt.

Während bei den Meßinstrumenten der Figuren 1 bis 4 die Meßfühler in erster Linie eine Drehbewegung durchführen, macht es

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die in den Figuren 5 bis 7 dargestellte Armeinheit möglich, daß der Meßfühler eine im wesentlichen geradlinige Bewegung ausführt, die für derartige Armeinheiten vom Parallelogrammtyp typisch ist. Offensichtlich ermöglicht jedoch jede der von den entlasteten Stahlblechabschnitten gebildeten vier Gelenkeinrichtungen eine Drehbewegung um horizontale Achsen, die senkrecht zur Ebene der Figur 5 verlaufen.

Die in den Figuren 8 und 9 dargestellte Armeinheit ermöglicht auch, daß ein Fühlerelement oder Kontakt eine im wesentlichen geradlinige Bewegung durchführt. Die in Figur 8 gezeigte Armeinheit ist an einem Auflager eines Meßkopfes befestigt und mit einem Wandler versehen, während in Figur 9 nur eine Draufsicht auf die Armeinheit gezeigt ist. Die in den Figuren 8 und 9 dargestellte Armeinheit besteht aus einem Element 57, das aus einer geformten Platte hergestellt ist, welche zwei Füße 58 und 59 aufweist, die bei Ruhelage parallel zu-einander angeordnet sind. Der Fuß 59 ist mit einem Loch 60 versehen, das zur Aufnahme und zum Festklemmen einer Spindel 61 dient, die einen Meßfühler 62 und einen Magnetkern 63 trägt. Der Fuß 58 ist mittels Schrauben (nicht gezeigt), die sich durch Löcher 64 und 65 erstrecken,mit einem Auflager 66 verklemmt, das Wicklungen 67 eines Positionswandlers mit Differentialtransformer aufnimmt, zu dem ebenfalls der Kern 63 gehört·

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Das Element 57 umfaßt desweiteren einen Diagonalabschnitt 68 mit einem Loch 69 für den Durchgang der Spindel 61. Die Enden des Diagonalabschnittes 68 sind mittels zweier Paare von Verbindungen, die Gelenkeinrichtungen bilden, an die Füße 58 und 59 angeschlossen. Die beiden Verbindungcpaare bestehen aus zwei Teilen 70 und 71 des Elementes 57, die U-förmig gebogen sind, wobei die Enden des U eng zusammengebracht sind. Die beiden Teile 70 und 71 sind durch Öffnungen 72 und 73 und durch flache Abfasungen 74 und 75 entlastet, welche durch einen Schleifvorgang auf der konvexen Seite der Teile 70 und 71 hergestellt worden sind. Die Oberfläche der Abfasungen 74 und 75 erstreckt sich in der Ruhelage senkrecht zu den Füßen 5d und 59. Die Teile 70 uno 71, die eine zylindrische Oberfläche auf der inneren konkaven Seite aufweisen, bilden vier dünne Abschnitte 76, 77, 78 und 79, die zwei Paare von Drehgelenkeinrichtungen vorsehen. Die Gelenkeinrichtungen 76 und 77 sind entlang einer ersten geometrischen Drehachse und die Gelenkeinrichtungen 78 und 79 entlang einer zweiten geometrischen Drehachse ausgerichtet. Diese beiden geometrischen Drehachsen liegen in einer Ebene, die sich parallel zu den beiden Füflen 58 und 59 erstreckt und einen gleichen Abstand von diesen Aufweist.

Die geometrische Achse der Spindel 61 und des Meßfühlers 62 liegt relativ zu den Abschnitten 76, 77, 78 und 79 in einer mittleren Lage. Die vier durch die Abschnitte 76, 77, 78

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und 79 vorgesehenen-Gelenkeinrichtungen sind so ausgebildet, daß sie die gleiche Flexibilität aufweisen, während sie anderen Beanspruchungen als Durchbiegungen, insbesondere Torsionsbeanspruchungen, einen beträchtlichen Widerstand entgegensetzen.

Wann immer der Meßfühler 62 mit einer Kraft beaufschlagt wird, ist aufgrund der Richtung der geometrischen Achse der Spindel 61 die Bewegung des Meßfühlers, die aus den Orehungen um die Gelenkeinrichtungen 76, 77, 78 und 79 resultiert, entlang der gleichen geometrischen Achse der Spindel 61 gerichtet.

Die in den Figuren 8 und 9 gezeigte Armeinheit macht somit eine Axialbewsgung des Meßfühlers aufgrund einer einfachen Konstruktion möglich, die zwei Paare von reibungsarmen und gleitfreien Gelenkeinrichtungen vorsieht, welche aus einem einzigen Plattenstück erhalten werden, das etwa S-förmig gebogen worden ist.

Um den Widerstand gegenüber Biegebeanspruchungen der Seite des in den Figuren 1 und 2 gezeigten Elementes 5 und der Seite 32 des in den Figuren 3 und 4 gezeigten Elementes 31 zu erhöhen, können diese Seiten 19 und 32 mit Versteifungsrippen versehen sein, die man dadur-ch erhält, daß man zwei Seitenränder der entsprechenden Stahlblechelemente 5 und 31 umbiegt.

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Die Erfindung wurde vorstehend in Verbindung mit Ausführungsformen beschrieben, die elektronische Meßinstrumente betreffen. Sie kann jedoch ebenfalls bei mechanischen oder pneumatischen Vorrichtungen oder auch anderen Typen von Meßinstrumenten Anwendung finden.

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Hl·

Leerseite

Claims

Patentansprüche

j 1.!Meßinstrument zur Überprüfung von linearen Abmessungen mit einem Auflager, vom Auflager getragenen Gelenkeinrichtungen, einem den Gelenkeinrichtungen zugeordneten Arm, der relativ zum Auflager beweglich ist, einem dem beweglichen Arm zugeordneten Meßfühler, um auf diesen gemessene Verschiebungen zu übertragen, und Wandlereinrichtungen zur Schaffung eines Signales, das von der Position des beweglichen Armes abhängig ist, wobei die Gelenkeinrichtungen ein Element mit einem entlasteten Abschnitt aufweisen, der zur Ausbildung einer geometrischen Drehachse federnd flexibel ist, und wobei das Element einen ersten, einen zweiten und einen Verbindungeabschnitt zwischen dem ersten und zweiten Abschnitt umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsabschnitt (11; 38; 51, 54; 70, 71) gebogen ist und an seiner konvexen Seite eine Abfasung (16; 39; 53, 54; 74, 75) aufweist, durch die die Dicke, des Verbindungsabschnittes zur Ausbildung des entlasteten Abschnittes (14; 15; 76-79) örtlich reduziert wird.

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2. Meßinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfasung (16; 39; 53, 54; 74, 75) eben ist.

3. Meßinstrument nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (31) allgemein L-förmig ausgebildet ist.

4. Meßinstrument nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das L-förmige Element (31) im wesentlichen aus einem einzigen Stück gebogenen Stahlbleches besteht und daß der Arm (32) im wesentlichen aus einer Seite des L-förmigen Elementes (31) besteht.

5. Meßinstrument nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (5) im wesentlichen U-förmig ausgebildet ist.

6. Meßinstrument nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das U-förmige Element (5) aus einem einzigen Stück Stahlblech besteht.

7. Meßinstrument nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsabschnitt (11) der Basis des U entspricht und ein mittleres Loch (12) für den Durchgang des Armes (18) aufweist, wobei das Loch (12) den entlasteten Abschnitt in zwei Teile (14, 15) aufteilt.

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B. Meßinstrument nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Abfasung (16, 17) im wesentlichen senkrecht zu den beiden Schenkeln des U verläuft.

9. Meßinstrument nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfasung (39) relativ zu den Seiten (30. 32) des L eine abgeschrägte Fläche aufweist.

10. Meßinstrument nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Abfasung (39) bei Ruhelage unter einem Winkel von 45° zu den Seiten (30, 32) des L angeordnet ist.

11. Meßinstrument nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkeinrichtungen eine Armeinheit vom Parallelogrammtyp umfassen, die zwei Seite an Seite angeordnete

welche
Elemente (44, 44') aufweist,/jeweils zwei parallele Kanten (47, 48) besitzen und einen Teil (49), der die beiden Kanten miteinander verbindet, wobei der Verbinduggsteil in der Nähe der zugehörigen Kanten zwei gebogene Abschnitte (51, 52) mit Abfasungen (53, 54) an den konvexen Seiten ausbildet.

12. Meßinstrument nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Seite an Seite angeordneten Elemente (44, 44') aus einem einzigen Stück einer gebogenen Platte besteht.

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13· Meßinstrument nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (5?) zwei gebogene Abschnitte (70, 71) aufweist, die an ihren jeweiligen konvexen Seiten flache Abfasungen (74, 75) besitzen, um zwei entlastete Abschnitte (76-79) zu bilden, wobei das Element im wesentlichen geradlinige Verschiebungen des Meßfühlers (62) ermöglicht.

14. Meßinstrument nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Element zwei Füße (58, 59) aufweist, die bei Ruhelage parallel zueinander angeordnet sind, wobei einer (58) der Füße am Auflager (66) befestigt ist und der andere Fuß (59) den Meßfühler (62) trägt, während die beiden entlasteten Abschnitte (76-79) zwei geometrische Drehachsen bilden, die in einer Ebene liegen, die sich parallel zu den beidea; Füßen erstreckt.

15. Meßinstrument nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden gebogenen Abschnitte (70, 71) zwei Drehgelenkeinrichtungen bildet.

16. Meßinstrument nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlereinrichtungen (61, 63, 67) am Auflager (66) befestigte Schaltungen (67) umfassen.

17* Meßinstrument nach den Ansprüchen 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (57) im wesentlichen S-förmig ausgebildet ist.

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18. MeBinstrument nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dafl das S-förmige Element (57) aus einem einzigen Stück einer gebogenen Platte besteht.

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