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Verschiebungsmeßinstrument
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Hintergrund der Erfindung 1. Technischer Bereich Die Erfindung bezieht
sich auf Verschiebungsmeßinstrumente, und speziell auf Verbesserungen an einem Verschiebungsmeßinstrument,
welches ein Gehäuse von völlig gekapselter Bauart; eine befestigte Skala,.
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die fest mit dem Gehäuse verbunden ist, eine Spindel, die an ihrem
vorderen Ende an einem Meßobjekt anliegt und sich entsprechend der Verschiebung-des
Meßobjektes hin- und herbewegt, und eine bewegliche Skala umfaßt, die mit der Spindel
verbunden ist und die Verschiebung des Meßobjektes durch eine Veränderung der physikalischen
Werte zwischen der beweglichen Skala und der festen Skala gemäß der Verschiebung
des Meßobjektes mißt.
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2. Beschreibung des Standes der Technik: Bekanntlich wird im allgemeinen
bei Verschiebungsmeßinstrumenten zur Messung einer Länge oder ähnlichen Größe eines
Gegenstandes, im Gehäuse der Wert einer Bewegung durch zwei gegeneinander verschiebbare
Körper gemessen, z.B. ein Wert einer Bewegung eines MeBelementes bezüglich seines
Grundkörpers oder ein Wert einer Bewegung eines Gleitstückes bezüglich einer Führungssäule,
ein photoelektrisches Verschiebungsmeßinstrument benutzt, in dem eine Haupt skala
an einem Körper befestigt -ist und ein Detektor mit einer Indexskala am anderen
Körper befestigt ist, und ein Wert einer relativen Verschiebung zwischen Haupt skala
und Detektor photoelektrisch gelesen wird.
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In dem photoelektrischen Verschiebungsmeßinstrument des beschriebenen
Typs wurde normalerweise ein photoelektrischer Detektor nach Fig. 1 benutzt. In
der Zeichnung ist mit: Nr. 10 eine Lichtquelle bezeichnet, mit Nr. 12 und 14 eine
Hauptskala und eine Indexskala, die gegeneinander durch IIin- und Herschieben der
Haupskala 12 in die durch Pfeil A bezeichnete Richtung in Verbindung mit der Verschiebung
des Meßobjekts z.B., beweglich sind, wobei in jeder der beiden Skalen lichtdurchlässige
Abschnitte und nicht lichtdurchlässige Abschnitte in Form von Stricnmustern iii
regelmäßigen Abständen auf flachen Glaaplatten angeordnet sind, und mit Nr. 16 wird
ein tichtempfängerelement zum Empfang eines Lichtes bezeichnet, welches durch die
Lichtquelle Io ausgesendet wurde und durch die Hauptskala 12 und die Indexskala
14 durchgelassen wurde Zum Beispiel sind die Lichtquelle 1o, die Indexskala 14 und
das Lichtempfangselement 16 in einem Gehäuse befestigft, welches eine völlig gekapselte
Bauweise aufweist, während die Hauptskala 12 an ihrem vorderen Ende an das Meßobjekt
anliegt und in Verbindung mit dar Spindel hin-und herbewegt wird, welche wiederum
entsprechend der Verschiebung des Meßobjekts hin- und herbewegt wird.
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Bei dem Verschiebungsmeßinstrument, das einen solchen photoelektrischen
Empfänger, wie oben beschrieben, aufweist, wird, wenn sich die Haupt skala 12 gemäß
der Verschiebung des Meßobjektes verschiebt, der Wert des empfangenen Lichtes im
Lichtempfangselement 16 gemessen, so daß der Wert der relativen Verschiebung zwischen
Hauptskala 12 und dem Gehäuse verarbeitbar erfaßt werden kann, wobei man ein charakteristisches
Merkmal der digital verarbeitbar erfaßten Verschiebung des Meßobjekts erhält. Allerdings
zeigt bis zu diesem Zeitpunkt das Verschiebungsneßinstrument des beschriebenen Typs
einen solchen Nachteil auf, daß bei hohen Bewegungsgeschwindiglceiten der Hauptskala
12 oder der Indexskala 14 häufig Fehlzählungen im Bewegungswert der Striche auftraten.
Wenn zuui Beispiel bei einer Haupt-
skala 12 und einer Indexskala
14, die eine Strichweite von 10 um und einem minimalen Lesewert von 1 mm besitzen,
die Verschiebungsgeschwindigkeit der Haupt skala 12 oder der Indexskala 14 den Wert
von ca. 500 bis 800 mm/sec überschreitet, treten Meßfehler aufgrund von Fehlzählungen
auf Um dem oben beschriebenen Nachteil zu begegnen, wurde bis zu diesem Zeitpunkt
ein Dämpfungselement hinzugefügt oder die Bewegungsgeschwindigkeit der Haupt skala
und der Indexskala durch Nutzung der Zwangskraft einer Feder reduziert.
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Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt, um dem oben beschriebenen
Nachteil des bisherigen Standes der Technik zu.begegnen und sieht die Schaffung
eines Verschiebungsmeßinstrumentes vor, bei dem bei hohen Bewegungsgeschwindigkeiten
der Spindel oder der beweglichen Skala die Bewegungsgeschwindigkeit auf ein befriedigendes
Ausmaß eingeschränkt werden kann, während auf der anderen Seite bei niedrigen Bewegungsgeschwindigkeiten
die Vermeidung einer unnötigen Kraft vorgesehen ist Gemäß der vorliegenden Erfindung
ist in einem Verscbiebungsmeßinstrument, welches ein Gehäuse in völlig gekapselter
Bauweise umfaßt, eine befestigte Skala umfaßt, die fest am Gehäuse angebracht ist,
eine Spindel umfaßt, deren vorderes Ende am Meßobjekt anliegt und gemäß der Bewegung
des Meßobjekts hin- und herbewegt wird, und eine bewegliche Skala umfaßt die mit
der Spindel verbunden ist und die Verschiebung des Meßobjekts durch Veränderung
des physikalischen Wertes zwischen der beweglichen Skala und der festen Skala und
der festen Skala gemäß der Verschiebung des MeßobJekts mißt', ein Flügelrad vorgesehen,
welches in Abhängigkeit der Hin- und Herbewegung der Spindel oder der beweglichen
Skala gedreht wird, so daß ein mit ansteigender Bewegungs
geschwindigkeit
ansteigender Bewegungswiderstand der Bewegung der Spindel oder der beweglichen Skala
entgegengesetzt werden kann.
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Weiterhin kann erfindungsgemäß das Flügelrad darauf mit vier rechtwinkeligen
Flügeln in regelmäßigen Abständen angeordnet sein.
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Zur Erreichung einer besonders einfachen Bauweise ist es vorteilhaft,
wenn erfindungsgemäß auf dem hinteren Teil der Spindel ein Gestell vorgesehen ist,
wodurch das Flügelrad durch Wirkverbindung mit dem Gestell mittels eines Ritzels
gedreht wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen Das genaue Wesen dieser Erfindung,
ebenso wie andere Gegenst.inde und Vorteile hieraus, werden durch die Betracht:ung
der folgenden Angaben, die sich auf die beigelegten Zeichnungen beziehen, schnell
anschaulich In diesen Zeichnungen bezeichnen gleiche Zahlen gleiche oder ähnliche
zeile durch alle Figuren.
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Fig. 1 das Prinzip des photoelektrischen Detektors für die Verwendung
in photo elektrischen Verschiebungsmeßinstrumenten; Fig. 2 ein Längsschnitt entlang
der Linie II-II in Fig. 3, welcher die Ausführung des Verschiebungsmeßinstruments
entsprechend der vorliegenden Erfindung darstellt; Fig 3 ein Querschnitt entlang
der Tinie III-III in Fig.2; Fig. 4 eine Vorderansicht, die das in der genannten
Ausführung benutzte Flügelrad zeigt.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung Eine ausführliche Beschreibung
wird i folgenden anhand einer Ausführung der vorliegenden Erfindung mit Bezügen
auf die Zeichnungen gegeben. Wie in Fig. 2 und 3 gezeigt, umfaßt ein Verschiebungsmeßinstrument
entsprechend dieser Ausführung folgende Teile: Ein Gehäuse 20, das eine völlig gekapselte
Bauweise aufweist, eine Basis 22, die fest mit dem Gehäuse 20 verbunden ist, eine
Indexskala 14, die eine in diesem Gehäuse befestigte Skala ist, welche mit der Basis
22 durch die Strebe 23 verbunden ist, ein Lichtempfangselement 16, welches mit der
Basis 2? ebenfalls durch die Strebe 23 verbunden ist, eine Spindel 24, die an ihrem
vorderen Ende an dem MeßobjeKt anliegt und gemäß der Verschiebung des Meßobjektes
hin- und herbewegt wird, und eine Hauptskala 12, die eine in diesem Gehäuse bewegliche
Skala ist, welche an ihrem unteren nde durch die Strebe 26 fest mit der Spindel
24 verbunden ist, und zur idiessung der Verschiebung des Meßobjekts durch eine Veränderung
des Lichtwertes, der zwischen Hauptskala 12 und Indexskala 14 gemäß der Verschiebung
des Meßobjektes durchgelassen wird, fahig ist. Der hintere Teil der Spindel 24 bildet
das Gestell 24a und ein Flügelrad 3o ist drehbar auf der Basis 22 durch die Lagerung
32 gelagert, wobei das Flügelrad mittels eines Ritzels 28, welches mit dem Gestell
24 a der Spindel 24 vermascht ist,in Abhängigkeit/der Hin- und Herbewegung der Spindel
24 gedreht wird, und damit ein Bewegungswiderstand, der mit dem Ansteigen der Bewegungsrate
wächst, gegen die Bewegung der Spindel 24 wirkt In den Zeichnungen ist mit 34 eine
Stange zur Halterung der Strebe 26 gegen Drehen bezeichnet, mit 36 eine Druckfeder,
die zwischen dem oberen Ende der Stange 34 und der Strebe 26 angeordnet ist, um
der Spindel 24 cinc Meßkraft zu verleihen, und mit D;3 eine Leitung für die elektrische
Verb in
dung eines Iießwertwandlers und Anzeigers, nicht gezeichnet,
mit der Lichtquelle 10, dem lichtempfangenen Element 16 und ähnlichen Geräten, die
im Gehause 20 untergebracht sind.
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Darauf ist das Flügelrad 30 vorgesehen, an dem vier rechtwinkelige
Flügel 30 a in regelmäßigen Abständen, wi-e zum Beispiel in Fig. 4 gezeigt, angeordnet
sind. Dieser Flügel 30 a des Flügelrads 30 ist darüberhinaus in seiner Breite, Länge
und sonstigen Ausführung, entsprechend des Bewegungtawiderstandes ausgewählt, der
von der Bewegungsgeschwindigkeit der Spindel 24 abhängig gemacht werden muß.
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Im folgenden wird eine Beschreibung der Arbeitsweise gegeben. Bei
Ausführung der Messung liegt das vordere Ende der Spindel 24 am Meßobjekt an, wobei
die Spindel 24 entsprechend der Verschiebung des Meßobjekts hin- und herbewegt wird.
Entsprechend der Verschiebung des Meßobjekts werden dann sowohl die Spindel 24 als
auch die Hauptskala 12, die am unteren Ende der Spindel 24 befestigt ist, hin- und
herbewegt, wobei das Licht, welches zwischen der Hauptskala 12 und der Indexskala
14 übertragen wird, der Größe nach verändert wird, so daß die Verschiebung der Spindel
24 durch eine Veränderung des Llchtwertes gemessen wird, der durch das Lichtempfangselement
16 empfangen wird. G1eichzeitig wird, entsprechend der Hin-und Hertewegung der Spindel
24, ständig das Flügelrad 30 durch die Bewegung des Ritzels 28 gedreht, welches
mit dem Gestell 24 a der Spindel 24 vermascht ist. Wenn die Bewegungsgeschwindigkeit
der Spindel 24 niedrig ist, ist der Drehwiderstand des Windrades 30 fast so niedrig
wie im unbelasteten Zustand, und wirkt dementsprechend nicht gegen die Bewegung
der Spindel 24, so daß es vermieden werden kann, daß die Kraft zur Bewegung. der
Spin-
del 24 übermäßig hoch wird. Wenn dagegen die Bewegungsgeschwindigkeit
der Spindel 24 hoch ist, besteht die Möglichkeit, daß Falschzählungen auftreten,
wenn nicht die Bewegungsgeschwindigkeit der Hauptskala 12 niedrig gehalten wird.
Demgegenüber ist erfindungsgemäß die Drehgeschwindigkeit des Flügelrades 30 entsprechend
angewachsen, wenn die Bewegungsgeschwindigkeit der Spindel 24 hoch ist, wodurch
der Drehwinderstand, der dem Flügelrad 3c durch die Luft iu Gehäuse po entgegengesetzt
wird, angewachsen ist. Entsprechend wird die Bewegungsgeschwindigkeit der Spindel
24, d.h., die 3ewegungsgeschwindigkeit der Hauptskala 12 vermindert, so daß das
Auftreten von Fehlzählungen und ähnlichem vermieden werden kann, Weiterhin wird
normalerweise im Gehäuse 20, welches die Lichtquelle und ähnliches enthält, Hitze
erzeugt, wodurch die temperatur im Gehäuse 20 ansteigen kann. Dagegen kann die Bewegung
der Luft im Gehäuse 20 durch das Flügelrad 30 einen Kühlungseffekt hervorrufen.
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In der oben beschriebenen Ausführung ist das Flügelrad 30 der Spindel
24 funktionsgemäß zugeordnet Dagegen muß die knordnung zur Drehung des Flügelrades
30 nicht auf die genannte beschränkt sein, denn selbstverständlich kann das Flügelrad
3o zum Beispiel direkt mit der Hauptskala 12 verriegelt sein.
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Weiterhin wird die Erfindung in der oben beschriebenen Ausführung
in einem Verschiebungsmeßinstrument angewandt, in dem die Indexskala 14 befestigt
ist und die Hau»tskala 12 beweglich ist Es ist aber offensichtlich, daß die Erfindung
in ähnlicher Weise in einem Verschiebungsmeßinstrument angewendet werden kann, in
dem die Indexskala beweglich gemacht ist.
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In der oben beschriebenen Ausführung wird die Erfindung in einem photoelektrischen
Verschiebungsmeßinstrument angewandt, indem eine Verschiebung des Meßobjekts durch
Veränderung des Lichtwertes gemessen wird, der zwischen der Haupt skala 12 und der
Indexskala 14 übertragen wird.
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Diese Erfindung ist nicht auf diese spezielle Form begrenzt, denn
die Erfindung kann in ähnlicher Weise in einem photoelektrischen Verschiebungsmeßinstrument,
in dem die Verschiebung des Meßobjekts durch eine Veränderung des Lichtwertes gemessen
wird, der zwischen der Hauptskala und der Indexskala reflektiert wird, oder in völlig
anderen Verschiebungsmeßinstrumente angewandt werden, in denen eine Verschiebung
des Meßobjektes durch eine Veränderung in anderen physikalischen Größen gemessen
wird.
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