DE3137682C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Tastmeßgerät, mit einem den verstellbaren Teil einer Tiefen-, Höhen- oder Längenmeßeinrichtung bildenden, in seiner Längsrichtung verschiebbar geführten Tastbolzen, Taststift, Schneid­ stift od. dgl., der über eine Zugfeder im Ausschiebe­ sinn vorbelastet ist, die beim Meßvorgang eine defi­ nierte Andrückkraft an ein Meßobjekt erzeugt und mit ihrem ersten Ende am Tastbolzen selbst oder einem mit ihm verbundenen Teil angreift.

Tastmeßgeräte sind unter anderem in Form sogenann­ ter Meßuhren bekannt, wobei die Meßeinrichtung selbst sowohl als mechanische Meßeinrichtung mit einer die Be­ wegung des Tastbolzens od. dgl. vervielfachenden Über­ setzung, als auch als digitale Meßeinrichtung ausge­ bildet sein kann. Im letzteren Fall kann unter anderem mit inkrementalen Maßstäben gearbeitet werden, wobei es prinzipiell gleichgütig ist, ob der Tastbolzen den Maßstab oder die zugehörige Abtasteinrichtung trägt. Bei den meisten verwendeten Meßgeräten trägt der Tastbolzen den Maßstab und die Abtasteinrichtung ist im Meßgerät­ gehäuse geschützt untergebracht. Man kann unter anderem Glasmaßstäbe und eine opto-elektronische Abtastung dieser Glasmaßstäbe mit mehreren Abtasteinheiten vorsehen und gegebenenfalls durch entsprechende Schaltungen eine weitere elektonische Unterteilung des Maßstabes vor­ nehmen, so daß Anzeigen bis in den Mikrometerbereich möglich sind. Der Vorteil der digitalen Meßgeräte besteht in einer übersichtlichen Anzeige und in der Möglichkeit, die Meßsignale zu einer Zentralstelle zu übertragen, wo sie nicht nur registriert, sondern auch nach verschiedenen Gesichtspunkten weiter ausgewertet werden können. Bei­ spielsweise kann man bei Toleranzüberprüfungen die Außen­ maße von Werkstücken statistisch erheben und feststellen, ob die Fertigungstoleranzen mehr zum Übermaß oder mehr zum Untermaß tendieren und die Feinstellung der Bearbeitungs­ maschinen auf Grund dieser Ermittlungen vornehmen.

Für die Praxis ist die erzielbare hohe Anzeigege­ nauigkeit nur dann interessant, wenn die tatsächlich er­ reichbare Meßgenauigkeit mit der Anzeigegenauigkeit ver­ gleichbar ist. Für diese Meßgenauigkeit sind verschiedene Kriterien maßgebend. Vor allem muß darauf geachtet werden, daß der Tastbolzen möglichst genau in einem vorbestimmten Winkel, meist normal auf die Meßfläche gerichtet ist und daß zum Meßzeitpunkt keine Seiten- und Drehkräfte auf den Tastbolzen wirken. Diese Bedingungen lassen sich durch entsprechende Ausrichtung des Meßgerätes und da­ durch erfüllen, daß eine Abhebeeinrichtung vorgesehen wird, mit deren Hilfe der Tastbolzen während der Relativver­ stellung des Werkstückes od. dgl. zum Meßgerät abgehoben und erst zum Meßzeitpunkt vorsichtig auf das Werkstück ab­ gesenkt wird, wobei man dafür Sorge trägt, daß die Abhebe­ einrichtung zum Meßzeitpunkt keinen Einfluß auf das Meß­ system ausübt. Vorzugsweise werden ähnlich wie Drahtaus­ löser für Kameras gebaute, auf Druckbetätigung ansprechende Bowdenzüge verwendet, die über Hebel od. dgl. den Tast­ bolzen abheben.

Eines der wichtigsten Kriterien für die Meßgenauig­ keit ist die Einhaltung einer bestimmten Andrückkraft des Tastbolzens an das Werkstück od. dgl. Wie schon er­ wähnt wurde, wird diese Andrückkraft bisher mit Hilfe von Zugfedern oder auch von Druckfedern erzeugt, die mit einem Ende am Tastbolzen selbst oder einem mit ihm starr ver­ bundenden Teil angreifen und mit dem anderen Ende bei der bisherigen Ausführung an einem Festpunkt innerhalb des Gerätegehäuses oder des Geräteträgers verankert sind. Damit ergibt sich bei der bisher bekannten Konstruktion eine mögliche Längenänderung der Feder, die gleich oder größer als der mögliche Verstellweg des Tastbolzens ist. Bei allen mechanischen Federn tritt in der Praxis auf Grund der Federkennlinie bei jeder Längenänderung auch eine Änderung der Federkraft auf. Diese Änderung der Federkraft läßt sich nur dadurch relativ klein halten, daß die Feder vorgespannt und die Längenänderung im Ver­ hältnis zur Gesamtlänge der Feder klein gehalten wird. Diese Bedingungen lassen sich, insbesondere was die re­ sultierende große Federlänge betrifft, bei Tastmeßgeräten in der Praxis kaum einhalten, da hier innerhalb des Meß­ gerätegehäuses zu wenig Platz vorhanden ist. Größenord­ nungsmäßig kann man sagen, daß man mit einer vorgespannten Feder dann etwa eine konstante Kraft erzeugen kann, wenn die Längenänderung der Feder in einem unter ein Zehntel der Gesamtlänge der Feder liegenden Bereich bleibt. Bei üblichen Meßhüben der Tastbolzen in Tastmeßgeräten von 10 mm aufwärts käme man hier zu Federmindestlängen ab 100 mm. Dies übersteigt in den meisten Fällen die not­ wendigen bzw. üblichen Gehäuseabmessungen solcher Meßge­ räte. Überdies werden entsprechend lange Federn schwin­ gungs- und beschleunigungsempfindlich. Aus den angeführ­ ten Gründen ist man bisher gezwungen, kürzere Federn zu verwenden, wobei man bei der bekannten Anordnung die sich durch die Änderung der Meßkraft (Ausschiebekraft des Tastbolzens) ergebenden Meßfehler in Kauf nimmt.

Aus der DE-PS 12 08 591 ist eine Anordnung zum Gewichts­ ausgleich bei feinmechanisch-optischen Geräten bekannt, bei der die Zugkraft einer Feder über eine Hebelkonstruktion auf den in seinem Gewicht abzugleichenden Teil übertragen wird, wobei die Zugfeder am kürzeren Hebelarm angreift und die Ausgleichskraft am längeren Hebelarm abgenommen wird, der im Bedarfsfall zur Änderung der Ausgleichskraft bzw. zur An­ passung an die Federkennlinie in seiner Länge lageabhängig verändert wird. Bei der bekannten Konstruktion ist die mit dem anderen Ende festgelegte Feder mit einem auf eine Wickel­ trommel aufwickelbaren Band verbunden und diese Wickeltrom­ mel ist mit einer exzentrisch um die gleiche Achse drehbaren Exzenter- oder Kurvenscheibe verbunden, auf die ein Band teilweise aufgewickelt ist, das über eine Umlenkrolle zu dem in seinem Gewicht abzugleichenden Teil führt. Durch die Ex­ zentrizität bzw. die Form der Kurvenscheibe, deren vom Ab­ laufpunkt des Bandes bestimmter wirksamer Durchmesser stets größer als der Durchmesser der Wickeltrommel ist, wird das momentane Übersetzungsverhältnis bestimmt. Wegen der notwen­ digen Wickeltrommelbänder und Umlenkrollen ist eine derar­ tige Konstruktion für viele Anwendungsfälle nur bedingt ge­ eignet.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Tast­ meßgerätes der eingangs genannten Art, bei dem mit einfachen Mitteln trotz der Verwendung relativ kurzer Federn die Er­ zeugung einer bestimmten, insbesondere nahezu oder völlig konstanten, auf den Tastbolzen od. dgl. wirkenden Ausschie­ bekraft möglich ist.

Bei einem Tastmeßgerät der genannten Art wird die ge­ stellte Aufgabe dadurch gelöst, daß das zweite Federende an einem um eine Achse schwenkbaren Hebel angreift, der über einen Anschlag im Einschiebesinn auf den Tastbolzen bzw. einem mit diesem verstellbaren Teil drückt und daß der Hebel­ arm bis zu dem Angriffspunkt der Feder kürzer ist als der Hebelarm bis zum Anschlag.

Bei der Verstellung des Tastbolzens werden sich beide Federangriffspunkte in etwa gleicher Richtung verlagern, wo­ bei die im Ausschiebesinn wirkende resultierende Federkraft wieder vom Verhältnis der Hebelarme abhängt und die Längen­ änderung der Feder nur einen Bruchteil des Verstellweges des Tastbolzens beträgt.

Der Begriff "Hebel" ist im geometrischen Sinn zu verstehen. Hinsichtlich der mechanischen Ausbildung kann es sich sowohl um einen Hebel als auch um eine Kurbelscheibe, ein Kurbelscheibensegment oder, wie noch näher erläu­ tert werden wird, um eine Kurvenscheibe bzw. einen ent­ sprechenden Teil einer solchen handeln, wobei in jedem Fall bezüglich der Schwenkachse bzw. der momentanen Schwenkstellung zwei Hebelarme definiert werden. In den meisten Fällen wird man eine weitgehende Konstanthaltung der auf den Tastbolzen od. dgl. wirkenden Ausschiebekraft anstreben und zu diesem Zweck das Verhältnis der Hebel­ arme so wählen, daß sich für den gesamten Ausschiebeweg des Tastbolzens eine geringe Längenänderung der Feder ergibt, wobei man selbstverständlich berücksichtigen muß, daß nur ein Bruchteil der von der Feder aufgebrach­ ten Zugkraft tatsächlich im Ausschiebesinn des Tastbol­ zens zur Wirkung kommt. Man kann aber nach dem erfindungs­ gemäßen Konstruktionsprinzip unter Änderung des Verhält­ nisses der Hebelarme im Bedarfsfall auch nach bestimmten, von der Federkennlinie abweichenden Kennlinienkurven verlaufende Ausschiebekräfte erzeugen, die sich also mit der Relativlage des Tastbolzens nach der genannten Kennlinie ändern.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist mit dem Tastbolzen eine quer angeordnete, beispielsweise gleich als Verdrehungssicherung für den Tastbolzen ausgebildete Stützplatte verbunden, deren gegen das ausschiebbare Tast­ bolzenende weisende Seite eine Stützfläche für den Hebel bildet. Vorzugsweise wird die Anordnung ferner so ge­ wählt, daß die beiden Angriffspunkte der Zugfeder in wenigstens einer möglichen Einschiebestellung des Tast­ bolzens od. dgl. auf der geometrischen Achse dieses Bol­ zens bzw. einer dazu parallelen Geraden liegen. Nach einer weiteren Möglichkeit ist die Schwenkachse des Hebels zwischen den beiden in den Extremstellungen des Tastbol­ zens od. dgl. durch die Stützfläche gehenden Normalebenen auf die geometrische Achse des Tastbolzens angeordnet. Über die schon beschriebenen Möglichkeiten hinaus kann man bei der erfindungsgemäßen Ausbildung zur Erzielung einer bestimmten Kennlinie der Federresultierenden, bei­ spielsweise zur Erzielung einer absolut konstanten Meß­ kraft unabhängig von der jeweiligen Einschiebestellung des Tastbolzens, sogar dadurch eine Veränderung des Ver­ hältnisses der Hebelarme in Abhängigkeit von der Ver­ stellung des Tastbolzens erzielen, daß der zur Anlage an der Stützfläche bestimmte Anschlag, beispielsweise zum Ausgleich der sich mit der Länge ändernden Federkraft, nach einer in verschiedenen Hebelschwenkstellungen ver­ schiedene Hebelarmverhältnisse bestimmenden Kompensations­ kurve gewölbt ist. Ein entsprechender Effekt läßt sich auch dadurch erzielen, daß man ein Kipplager für den Hebel vorsieht, in dem der Auflagepunkt unter Änderung des Verhältnisses der Hebelarme mit der jeweiligen Schwenk­ stellung wechselt.

Nach einer Möglichkeit ist der Hebel als rechtwinkelig abgewinkelter Hebel ausgebildet, dessen von der Hebelachse weg führender Schenkel eine Angriffs­ stelle für eine Tasterbolzen-Abhebevorrichtung aufweist. Hier erfüllt der Hebel eine Doppelfunktion.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand bei­ spielsweise veranschaulicht. Es zeigt

Fig. 1 schematisiert in Ansicht ein erfindungsgemäßes Tastmeßgerät, bei dem die Konturen in dünnen Linien und nur die für die Erfindung wesentlichen Teile in starken Linien dargestellt wurden, und

Fig. 2 ein Strichdiagramm zur Veranschaulichung der ver­ schiedenen geometrischen Verhältnisse und Kräfte in den zwei Extremstellungen des Tasterstiftes.

Nach Fig. 1 ist ein Tastbolzen 1 in einer hier ver­ tikal angeordneten Führungsbüchse 2 geführt, wobei der Tastbolzen innerhalb eines Meßgerätegehäuses 3 nach einer Ausführungsvariante einen Inkrementalmaßstab trägt, für den im Gehäuse 3 opto-elektronische Ableseeinrichtungen vorgesehen sind, die sowohl mit einer am Gehäuse vorge­ sehenen Anzeigeeinrichtung als auch über ein entsprechen­ des Mehrfachkabel mit einer zentralen Anzeige- und Aus­ werteeinheit verbunden sein kann. Das Tastmeßgerät kann auf einem Stativ gehalten sein. Die beschriebenen Meß­ einrichtungen sind an und für sich bekannt. Erfindungs­ gemäß ist der Tastbolzen 1 innerhalb des Gehäuses mit einer normal zu seiner Achse angebrachten Stützplatte 4 verbunden, die einerseits mit einem Loch auf einem Bol­ zen 5 geführt ist und anderseits einen Bolzen 6 trägt, der in ein Loch einer Halterung 7 eingreift, so daß die Stützplatte 4 mit ihrer Führung 5, 6 eine Verdrehungs­ sicherung für den Tastbolzen 1 bildet.

Starr mit der Stützplatte 4 ist ein oben abgewin­ kelter Träger 8 verbunden, an dem eine Einhängstelle 9 für das erste Ende einer Zugfeder 10 angebracht ist, deren zweites Ende an einer Einhängstelle 11 an einem rechtwinke­ lig abgewinkelten Hebel 12 angreift. Dieser Hebel 12 ist um eine Schwenkachse 13 schwenkbar gelagert. Er besitzt einen von der Schwenkachse nach unten gerichteten Vertikal­ arm 14 und einen horizontalen Arm 15, dessen freies Ende zu einem Zylinder bzw. einer Kurbel verdickt ist, gegebenen­ falls aber auch nach einer bestimmten Kurve gewölbt sein kann und einen Anschlag 16 bildet, der an der Unterseite 17 der Stützplatte 4 anliegt. Im Schenkel 14 ist eine Eingriffsvertiefung 18 vorgesehen, die als Stütze für einen ausfahrbaren Stift einer ähnlich wie ein Draht­ auslöser aufgebauten Abhebevorrichtung dient, mit deren Hilfe der Hebel 12 verschwenkt und damit der Taststift in die Führung 2 eingeschoben werden kann. Die Feder 10 ist unter einer Vorspannung zwischen den Einhängestellen 9, 11 angebracht.

Die Funktion wird nun im Zusammenhang mit Fig. 2 näher erläutert. In der Stellung nach Fig. 1, die der stark ausgezogenen Stellung nach Fig. 2 entspricht, zieht die Feder 10 mit der vollen Federkraft am Träger 8, so daß hier zunächst eine der vollen Federkraft entsprechende Kraftkomponente gegeben ist, die im Ausschiebesinn auf den Tastbolzen 1 wirkt. Entgegen dieser Kraft wirkt die vom zweiten Federende über den Hebel 12 erzeugte Kraft. Die Abmessungen des Hebels wurden mit a, b, c und e ange­ geben. Vereinfacht kann man sagen, daß die Feder 10 um 13 ein Moment erzeugt, das dem Abstand von 11 und 13 und der momentanen Federkraft entspricht. Damit drückt der Anschlag 16 auf die Stützfläche 17 mit einer Kraft, die dem Abstand der Angriffsstelle von 16 an 17 von 13 zuge­ ordnet ist und sich aus dem Verhältnis der beiden Hebel­ arme ergibt. Die Differenz aus der vollen Federkraft und der letzterwähnten, an der Angriffsstelle entstehenden Kraft wirkt im Endeffekt im Ausschiebesinn auf den Tast­ bolzen 1.

Wird der Tastbolzen 1 voll eingeschoben, so er­ reichen die Bauteile die in Fig. 2 dünn eingezeichnete Stellung, für die die gleichen, aber mit einem Strich versehenen Bezugszeichen verwendet wurden. Der Hebel wird dabei um den Winkel α geschwenkt. Der Angriffs­ punkt 11 wandert also unter Ausübung einer Schwenkbe­ wegung, wobei eine große Bewegungskomponente dieser Verstellbewegung in Einschieberichtung des Tastbolzens verläuft, so daß sich bei der Verstellung s nur eine Län­ genänderung x der Feder 10 ergibt, die in Fig. 2 auf die Einschieberichtung des Tastbolzens reduziert darge­ stellt wurde.

Durch Änderung der Einhängestelle 11 am Hebel 12 kann das Verhältnis der wirksamen Hebelarme und damit bei den sonst gegebenen geometrischen Verhältnissen die Federlängung x und die wirksame Federkraft verändert werden. Wenn das Gerät auch mit nach oben weisendem Tast­ bolzen verwendet werden soll, muß die resultierende Feder­ kraft selbstverständlich größer als das den Tastbolzen im Einschiebesinn belastende Gewicht der mit ihm in Wirk­ verbindung stehenden beweglichen Teile gehalten sein.

Claims (6)

1. Tastmeßgerät mit einem den verstellbaren Teil einer Tiefen- oder Längenmeßeinrichtung bildenden, in seiner Längs­ richtung verschiebbar geführten Tastbolzen od. dgl. der über eine Zugfeder im Ausschiebesinn vorbelastet ist, die beim Meßvorgang eine definierte Andrückkraft an ein Meßobjekt erzeugt und mit ihrem ersten Ende am Tastbolzen selbst oder einem mit ihm verbundenen Teil angreift, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das zweite Federende an einem um eine Achse (13) schwenkbaren Hebel (12) angreift, der über einen An­ schlag (16, 17) im Einschiebesinn auf den Tastbolzen (1) bzw. einen mit diesem verstellbaren Teil (4) drückt, und daß der Hebelarm (13 bis 11) bis zu dem Angriffspunkt (11) der Feder (10) kürzer ist als der Hebelarm bis zum Anschlag (16, 17).

2. Tastmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß mit dem Tastbolzen (1) eine querangeordnete Stützplatte (4) verbunden ist, deren gegen das ausschieb­ bare Tastbolzenende weisende Seite (17) eine Stützfläche für den Anschlag (16) bildet.

3. Tastmeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden Angriffspunkte (9, 11) der Zug­ feder (10) in wenigestens einer möglichen Einschiebe­ stellung des Tastbolzens od. dgl. (1) auf der geome­ trischen Achse dieses Bolzens bzw. einer dazu parallelen Geraden liegen.

4. Tastmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse (13) des Hebels (12) zwischen den beiden in den Extremstellungen des Tastbolzens od. dgl. durch die Stützfläche (17, 17′) gehenden Normalebenen auf die geometrische Achse des Tastbolzens (1) angeordnet ist.

5. Tastmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der zur Anlage an der Stütz­ fläche (17) bestimmte Anschlag (16) zum Ausgleich der sich mit der Längung ändernden Federkraft nach einer in ver­ schiedenen Hebelschwenkstellungen verschiedene Hebelarmver­ hältnisse bestimmenden Kompensationskurve gewölbt ist.

6. Tastmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der Hebel als rechtwinkelig abgewinkelter Hebel ausgebildet ist, dessen von der Hebelachse (13) weg führender Schenkel (14) eine Angriffs­ stelle (18) für eine Tastbolzen-Abhebevorrichtung aufweist.