DE3039730C2

DE3039730C2 - Linear-Meßlehre

Info

Publication number: DE3039730C2
Application number: DE3039730A
Authority: DE
Inventors: Seigo Kawasaki Kanagawa Takahashi
Original assignee: Mitutoyo Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Mitutoyo Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1979-10-22
Filing date: 1980-10-21
Publication date: 1983-04-21
Also published as: US4327494A; DE3039730A1; GB2062872B; GB2062872A; JPS5665413U

Description

Die Erfindung betrifft eine Linear-Meßlehre bestehend aus einem Rahmen, einem in dem Rahmen axial verschieblich gehaltenen Tastbolzen, dessen eines über den Rahmen hinausstehendes Ende eine Abtastspitze aufweist, und einer mit dem anderen Ende des Tastbolzens zusammenwirkenden, elektrooptischen Meßeinrichtung, die eine Glasskala und eine ein Leuchtelement, einen elektrooptischen Wandler und eine Abtastskala umfassende Abtasteinheit aufweist, wobei die Abtasteinheit die Glasskala übergreift und die Abtasteinheit und die Glasskala relativ zueinander verschiebbar sind.

Bei einer solchen aus der US-PS 41 14 280 bekannten Linear-Meßlehre ist die Skala fest mit dem Abtastbolzen verbunden, während die Abtasteinheit ortsfest angeordnet ist. Diese Anordnung hat zur Folge, daß in Bewegungsrichtung des Abtastbolzens gesehen auf beiden Seiten der Abtasteinheit ein freier Abstand vorgesehen sein muß, welcher der maximalen Verschiebungsstrecke des Abtastbolzens entspricht, da die mit dem Abtastbolzen fest verbundene Glasskala um die gleiche Strecke verschoben wird.

Bei dieser bekannten Linear-Meßlehre ist die Glasskala nur mit ihrem einen Ende gehaltert, nämlich dort, wo sie an dem Abtastbolzen befestigt ist Dadurch ist es nahezu unmöglich, den Abstand zwischen der Abtastskala der Ableseeinheit und der Glasskala konstant zu halten, welcher bei einer Linear-Meßlehre

ίο hoher Genauigkeit etwa 1 bis 3 μπι beträgt, wenn der Meßschlitz eine Breite vor. 4 bis 10 μπι aufweist

Bei einer aus der US-PS 40 35 922 bekannten Meßlehre wird die Bewegung der verschiebbaren Meßbacke über ein Band auf eine mit mehreren Schlitzen versehene Scheibe übertragen, wobei sich die Scheibe in dem Strahlengang einer Lichtschranke dreht Um eine zuverlässige Messung erreichen zu können, muß die Bewegung des Bandes ohne Schlupf auf die Schlitzscheibe übertragen werden, was praktisch kaum möglich ist Um den Schlupf gering zu haken, muß das Band mit einer relativ großen Kraft gegen die Oberfläche eines anzutreibenden Rades drücken, so daß insgesamt auf das Band eine große Zugkraft ausgeübt werden muß, wodurch sich eine große Schließkraft für die Meßbacken ergibt Um den Meßdruck ausreichend klein zu halten ist es dann erforderlich, die Anlagefläche der Meßbacken groß zu halten, so daß nur relativ großflächige Teile mit einer annehmbaren Genauigkeit gemessen werden können.

jo Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Linear-Meßlehre der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß eine hohe Genauigkeit und eine kompakte Bauweise erreicht werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, J₅ daß die Glasskala an dem Rahmen und die Abtasteinheit mit einem Block an dem inneren Ende des Tastbolzens befestigt ist, daß an einem von der Abtastspitze fortweisenden Abschnitt des Rahmens eine Aufwickelrolle und an einem zu der Abtastspitze weisenden Abschnitt des Rahmens eine Führungsrolle jeweils drehbar befestigt ist, daß eine Seilschnur mit einem Ende an dem Block und mit dem anderen Ende an der Aufwickelrolle befestigt und gespannt um die Führungsrolle geführt ist, wobei durch eine an der Aufwickelrolle und dem Rahmen festgelegte Schraubenfeder auf die Seilschnur eine den Abtastbolzen nach außerhalb des Rahmens bewegende Kraft erzeugbar ist, und daß in dem Rahmen eine Führungsstange parallel zu dem Abtastbolzen vorgesehen ist, an der der Block mit einem gabelförmigen Abschnitt eingreift.

Dadurch, daß bei der erfindungsgemäßen Linear-Meßlehre die als Meßskala dienende Glasskala ortsfest und die Abtasteinheit verschiebbar angeordnet ist, muß die Abmessung des Gehäuses in Bewegungsrichtung des Abtastbolzens nur um soviel größer als dessen Bewegungsstrecke sein, damit ein Endabschnitt des Rahmens, an dem die Aufwickelrolle befestigt ist, in dem Gehäuse untergebracht werden kann. Bei der aus der vorgenannten US-PS 41 14 280 bekannten Linear-Meßlehre muß die Längenabmessung des Gehäuses mindestens gleich dem doppelten der Bewegungsstrekke des Abtastbolzens sein, so daß sich bei einer Bewegungsstrecke des Abtastbolzens von 200 mm eine Gehäuselänge von 40 cm ergibt, während diese Abmessung bei der erfindungsgemäßen Linear-Meßlehre in etwa 22 cm beträgt.

Im Rahmen der Erfindung ist bei der Linear-Meßlehre eine besondere Führung für die verschiebbare

: Ableseeinheit vorgesehen, die erlaubt, den Abstand zwischen der Abtastskala und der Glasskala Ober die gesamte Meßlänge in hohem Maße konstant zu halten, so daß eine große Genauigkeit erzielt wird.

Die Anordnung aus Aufwickelrolle, Schaubenfeder

'■ und Führungsrolle, wie sie im Rahmen der Erfindung vorgesehen ist, ermöglicht, den Meßdruck konstant zu halten. Es ist ferner möglich, den Meßdruck auch dann äußerst klein zu halten, wenn der Abtastbolzen um eine

- große Strecke verschoben wird. Da durch der.. Seilschnuranu":cb die Linearbewegung des Abtastbolzens in eine Drehbewegung umgesetzt wird, die auf die Schraubenfeder übertragen wird, wird die Vorspannkraft der Feder proportional zur Zunahme der Bewegungsstrecke des Abtastbolzens verringert, so daß der Meßdruck bei größeren Bewegungsstrecken nicht zunimmt, sondern im wesentlichen über den gesamten

■ Meßbereich konstant gehalten wird. Ferner kann der Meßdruck durch Verringerung der Rollendurchmesser

_; erniedrigt werden, was zur Meßgenauigkeit beiträgt

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Abfasteinheit ein Halteelement aufweist und daß eine Rolle entweder in einer in der Befestigungsfläche des Halteelementes oder in der Befestigungsfläche des Blockes ausgebildeten Nut angeordnet ist, wodurch zwischen dem Block und der Abtasteinheit eine winkelmäßige Einstellung um die Achse der Rolle mittels Klemmschrauben durchführbar ist, die an gegenüberliegenden Seiten der Rolle vorgesehen sind. In vorteilhafter Weise kann somit die Parallelität zwischen der Abtastskala und der Glasskala mit sehr großer Genauigkeit eingestellt werden, wodurch sich eine Steigerung der Meßgenauigkeit ergibt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

F i g. 1 einen Längsschnitt einer Ausführungsforni der Linear-Meßlehre nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung längs der Linie H-II in Fig.l,

F i g. 3 eine Schnittdarstellung längs der Linie III-III in F i g. 2, und

F i g. 4 eine Schnittdarstellung längs der Linie IV-IV in Fig. 2.

Gemäß Fig.l bis 4 ist ein Abtastbolzen 16 axial verschiebüch von einer Lagerbohrung 14 im unteren Abschnitt des Rahmens 12 gehalten und eine Abtastspitze 18 ist am vorderen Ende des Abtastbolzcns 16 befestigt. Ein beweglicher Block 20 ist am inneren Ende des Abtastbolzens 16 befestigt und führt eine Hubbewegung zusammen mit dem Abtastbolzen relativ zum Rahmen aus. Eine Führungsstange 22 und eine Glasskala 24, die sich beide parallel zu dem Abtastbolzen 16 erstrecken, sind in dem Rahmen 12 befestigt. Der bewegliche Block 20 weist einen gabelförmigen Abschnitt 26 auf, der an der Führungsstange 22 angreift und längs dieser geführt wird.

An dem beweglichen Block ist ein Halteelement 28 befestigt, an dem eine elektrooptische Ableseeinrichtung befestigt ist, die aus einem Leuchtelement 30, wie z. B. eine an einer Seite der Glasskala 24 angeordnete Lampe, einer Linse 32 und einer Abtastskala 34, die auf der anderen Seite der Glasskala 24 angeordnet ist, besteht In dieser elektrooptischen Ableseeinrichtung werden von dem Leuchtelement 30 ausgesandte Strahlen durch die Linse 32 gesammelt, gelangen durch die Glasskala 24 hindurch und die durch die Glasskala hindurchgegangenen Strahlen treffen durch die Abtastskala 34 hindurch auf einen elektrooptischen Wandler 36.

Wie es in Fig.4 gezeigt ist, ist eine Nut 38 in horizontaler Richtung und mit einem V-förmigen ^lu Querschnitt in entweder der Befestigungsfläche des Halteelementes 28 oder der Befestigungsfläche des beweglichen Blockes 20 (bei dem dargestellten Beispiel ist die Befestigungsfläche des Halteelementes gewählt) oder in den Befestigungsflächen sowohl des Halteelementes 28 als auch des beweglichen Blockes 20 ausgebildet und eine Rolle 40 ist in der Nut angeordnet, so daß das Halteelement 28 gegenüber dem beweglichen Block 20 um die Achse der horizontalen Rolle innerhalb eines begrenzten Winkelbereiches geneigt werden kann. Das Halteelement 28 ist an dem beweglichen Block 20 mit Schrauben 42 befestigt, die an Stellen oberhalb und unterhalb der Rolle 40 vorgesehen sind. Infolgedessen kann durch die Einschraubtiefe dieser Schrauben 42 der Winkel beim Befestigen des Halteelementes 28 relativ zu dem beweglichen Block 20 fein eingestellt werden. Diese Winkeleinstellung wird durchgeführt, um eine genaue Parallelität zwischen den Skalen, d. h. der Abtastskala 34 und der Glasskala 24 zu erreichen.

^J" Eine Aufwickelrolle 44 ist am oberen Abschnitt des Rahmens 12 und eine Führungsrolle 46 ist an seinem unteren Abschnitt befestigt. An der Aufwickelrolle 44 und dem Rahmen 12 ist eine Schraubenfeder 48 festgelegt, die die Aufwickelrolle in eine Drehrichtung vorspannt, welche der Richtung des Abtastbolzens 26 (in F i g. 3 ist diese durch einen Pfeil A angedeutet) entspricht, in der er sich erstreckt.

Eine Schnur 50 ist zwischen der Aufwickelrolle 44 und dem beweglichen Block 20 gespannt. Diese Schnur ist mit ihrem einen Ende an der Aufwickelrolle 44 befestigt, um die Aufwickelrolle so oft wie erwünscht herumgewickelt, nach unten geführt, einer Richtungsänderung an der Führungsrolle 46 unterworfen und mit ihrem anderen Ende an dem beweglichen Block 20 befestigt.
Ein biegbarer, elektrischer Leiter 52 (siehe F i g. 4) ist zwischen dem Rahmen 12 und dem Halteelement 28 eingeführt und kann elektrischen Strom zu der an dem Halteelement 28 befestigten elektrooptischen Ableseeinrichtung liefern, der durch ein Gehäuse 54 hindurch mittels einer Leitung 56 zugeführt wird.

In den Fig. 1 bis 4 ist der Abtastbolzen 16 maximal ausgezogen dargestellt. Wenn eine Strecke an einer Geraden wie z. B. eine Höhe oder Länge gemessen werden soll, wird die Abtastspitze 18 in Berührung mit dem zu messenden Gegenstand gebracht, daraufhin wird der Abtastbolzen 16 in den Rahmen 12 bewegt und dann wird die Stellung des zurückgezogenen Abtastbolzens mittels der elektrooptischen Ableseeinrichtung festgelegt, so daß der Abstand von einem Bezug gemessen werden kann. Ein von der elektrooptischen Ableseeinrichtung festgestelltes Signal wird einer äußeren Einrichtung zugeführt und mit einer in den meisten Fällen digitalen Anzeige angezeigt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Linear-Meßlehre bestehend aus einem Rahmen, einem in dem Rahmen axial verschieblich gehaltenen Tastbolzen, dessen eines über den Rahmen hinausstehendes Ende eine Abtastspitze aufweist, und einer mit dem anderen Ende des Tastbolzens zusammenwirkenden, elektrooptischen Meßeinrichtung, die eine Glasskala und eine ein Leuchtelement, einen elektrooptischen Wandler und eine Abtastskala umfassende Abtasteinheit aufweist, wobei die Abtasteinheit die Glasskala Obergreift und die Abtasteinheit und die Glasskala relativ zueinander verschiebbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasskala (24) an dem Rahmen (12) und die Abtasteinheit mit einem Block (20) an dem inneren Ende des Tastbolzens befestigt ist, daß an einem von der Abtastspitze (18) fortweisenden Abschnitt des Rahmens (12) eine Aufwickelrolle (44) und an einem zu der Abtastspitze (18) weisenden Abschnitt des Rahmens (12) eine Führungsrolle (46) jeweils drehbar befestigt ist, daß eine Seilschnur (50) mit einem Ende an dem Block (20) und mit dem anderen Ende an der Aufwickelrolle (44) befestigt und gespannt um die Führungsrolle (46) geführt ist, wobei durch eine an der Aufwickelrolle (44) und dem Rahmen (12) festgelegte Schraubenfeder (48) auf die Seilschnur (50) eine den Abtastbolzen (16) nach außerhalb des Rahmens (12) bewegende Kraft erzeugbar ist, und daß in dem Rahmen (12) eine Führungsstange (22) parallel zu dem Abtastbolzen (16) vorgesehen ist, an der der Block (20) mit einem gabelförmigen Abschnitt (26) eingreift.

2. Linear-Meßlehre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinheit ein Halteelement (28) aufweist und daß eine Rolle (40) entweder in einer in der Befestigungsfläche des Halteelementes (28) oder in der Befestigungsfläche des Blockes (20) ausgebildeten Nut (38) angeordnet ist, wodurch zwischen dem Block (20) und der Abiasteinheit eine winkelmäßige Einstellung um die Achse der Rolle (40) mittels Klemmschrauben (42) durchführbar ist, die an gegenüberliegenden Seiten der Rolle (40) vorgesehen sind.