DE3347315C1 - Zahnmeßtaster - Google Patents

Description

• F i g. 1 zeigt einen Hallsensor 50 mit Differentialaus- gang, dessen Ausgangssignal durch eine Anpaßschaltung in Form einer Differenzverstärkerschaltung 56 verarbeitet wird. Im einfachsten Fall kann der in Fig. 1 dargestellte Hallsensor 50 zwei Hallgeneratoren enthalten, die bezüglich der Richtung des Magnetfeldes entgegengesetzt gerichtet im Raum angeordnet sind Die entgegengesetzte Ausrichtung der Hallgeneratoren im Raum führt zur Erzeugung des gewünschten Differentialausgangssignals. Im Vergleich zu einem Hallsensor mit nur einem Hallgenerator erzeugt der Hallsensor mit zwei Hallgeneratoren und Differentialausgang das doppelt so große Ausgangssignal, und es ergibt sich ein besseres Störsignal/Nutzsignal-Verhältnis. Die in F i g. 1 dargestellte Differenzverstärkerschaltung 56 kann irgendeinen bekannten Aufbau haben. Im folgenden wird eine spezielle Ausführungsform beschrieben, die sich insbesondere in Verbindung mit der in Fig.2 dargestellten Ausführungsform des Zahnmeßtasters eignet, bei der der Hallsensor aus zwei gesonderten, räumlich entgegengesetzt ausgerichteten und mit gleichen Seiten fest miteinander verbundenen Hallsensorelementen 50A, 50B besteht.
• F i g. 2 zeigt eine Teillängsschnittansicht eines Zahnmeßtasters, wobei der Schnitt in der horizontalen Schwenkebene eines Tasterbalkens 10 geführt ist. Die schwenkbare Lagerung des Tasterbalkens 10 ist in dem Hauptpatent ausführlich beschrieben, auf das zur Vermeidung von Wiederholungen verwiesen wird. Das Meßsystem des Meßtasters besteht aus einem insgesamt mit der Bezugszahl 50 bezeichneten Hallsensor, aus zwei diametral auf entgegengesetzten Seiten des Hallsensors und mit Abstand von diesem in einem Magnethalter 52 angeordneten Dauermagneten 54 und einer Anpaßschaltung 56 in Form eines Elektronikteils mit Anschlußbuchsen 58, in die entsprechende Anschlußstifte 60 des Hallsensors 50 eingesteckt sind. Die Dauermagnete 54 sind wie im Falle des Hauptpatents robuste Samarium-Kobalt-Magnete, die eine sehr große Feldstärke erzeugen und eine besonders gute Langzeitstabilität haben. Der Magnethalter 52 ist mit dem in Fig. 2 rechten Ende.des Tasterbalkens fest verbunden.
• Die Dauermagnete 54 sind so an dem Magnethalter 52 angebracht, daß die gleichnamigen Pole der Dauermagnete einander zugewandt sind.
• Der in F i g. 2 dargestellte Hallsensor 50 besteht aus den beiden Hallsensorelementen 50A und 50B, bei denen es sich jeweils um eine auf einem Keramikplättchen integrierte Schaltung handelt, die den eigentlichen Hallgenerator sowie einen Spannungsregler und einen Verstärker VS (vgl. F i g.3) enthält Die auf den Keramikplättchen angeordneten elektrischen Schaltungen sind über die Anschlußstifte 60 und die Anschlußbuchsen 58 mit der Differenzverstärkerschaltung 56 verbunden, die unter Bezugnahme auf Fig. 3 weiter unten beschrieben ist. Die beiden Keramikplättchen sind so zusammengeklebt, daß die Hallgeneratoren der Hallsensorelemente 50A und 50B um 180° zueinander gedreht sind, d. h.
• bezüglich des durch die Dauermagnete 54 erzeugten Magnetfeldes räumlich entgegengesetzt angeordnet sind. Der Hallsensor 50 ist an einem Halter 66 befestigt, der seinerseits an einem Gehäuse 14 des Zahnmeßtasters befestigt ist. Der Halter 66 besteht z. B. aus Leichtmetall. Dadurch ist der Hallsensor 50 in dem Zahnmeßtaster unbeweglich befestigt, während der Magnethalter sich bezüglich des Hallsensors 50 bewegt, wenn der Tasterbalken 10 verschwenkt wird. Die Differenzverstärkerschaltung 56 ist durch die in die Anschlußbuchsen 58 eingesteckten Anschlußstifte 60 ebenfalls unbeweglich befestigt. Bei Bedarf kann eine zusätzliche Befestigung des die Differenzverstärkerschaltung 56 enthaltenden Elektronikteils an dem Halter 66 vorgesehen werden. Über Anschlußdrähte 72 ist der Ausgang der Differenzverstärkerschaltung 56 mit den Anschlußbuchsen des Zahnmeßtasters verbunden.
• Der Schaltungsaufbau des Hallsensors 50 und der Differenzverstärkerschaltung 56 ist in F i g. 3 gezeigt.
• Der Hallsensor 50 besteht aus den beiden Hallsensorelementen 50A und 50B, die in Parallelschaltung an einer Speisespannungsquelle liegen. Da jedes Hallsensorelement ein handelsübliches Bauelement ist, wird dessen Aufbau nicht im einzelnen beschrieben. In Fig.3 ist lediglich der bereits in jedes Hallsensorelement integrierte Verstärker VS angedeutet. Die Differenzverstärkerschaltung 56 empfängt das Differentialausgangssignal Hl, H2 der Hallsensorelemente 50A, 50B und gibt an ihrem Ausgang A ein dem Differentialausgangssignal des Hallsensors 50 entsprechendes Signal gegen null Volt ab. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel enthält die Differenzverstärkerschaltung 56 eine Invertierschaltung 77 und einen Operationsverstärker 78. Der Ausgang des Hallsensorelements 50A ist über einen Widerstand R 1 mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 78 verbunden. Der Ausgang des Operationsverstärkers 78 ist über ein Potentiometer P 1-zur Verstärkungseinstellung zu dem invertierenden Eingang an einem Schaltungspunkt X rückgekoppelt. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 78 liegt über einen Widerstand R 2 an der 0-Volt-Seite der Speisespannungsquelle.
• Der Ausgang des Hallsensorelements 50B ist mit dem Eingang der Invertierschaltung 77 verbunden, deren Ausgang über einen Widerstand R 3 mit dem Schaltungspunkt X und somit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 78 verbunden ist Die Invertierschaltung 77 enthält einen Invertierverstärker 75.
• Der Ausgang des Hallsensorelements 50B ist über einen Widerstand R 4 mit dem invertierenden Eingang des Invertierverstärkers 75 verbunden, dessen Ausgang über einen Widerstand R 5 zu dem invertierenden Eingang rückgekoppelt ist, und der nichtinvertierende Eingang des lnvertierverstärkers 75 liegt über einen Widerstand R 6 an der 0 Volt-Seite der Speisespannungsquelle. Das besondere Merkmal der Invertierschaltung 77 ist, daß die Verstärkung 1 beträgt.
• Im Betrieb wird das Ausgangssignal Ht des Hallsensorelements 50A über den Widerstand R 1 direkt an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 78 angelegt, während an diesen invertierenden Eingang das Ausgangssignal des Hallsensorelements 50B über die Invertierschaltung 77 und den Widerstand R 3, d. h. in der invertierten Form H2 angelegt wird. Der Operationsverstärker 78 empfängt also an seinem invertierenden Eingang die Summe der Beträge der beiden Ausgangssignale der Hallsensorelemente 50A, 50B, die er nach gewünschter Verstärkung als Ausgangssignal über den Ausgang A abgibt. Die in der dargestellten Differenzverstärkerschaltung 56 enthaltenen beiden Verstärker 75, 78 können als eine integrierte Schaltung ausgebildet sein. Die nach dem Hauptpatent vorgesehene elektrische Nullpunkteinstellung erfolgt im hier beschriebenen Fall zugunsten eines einfacheren Aufbaus der Schaltung 56 auf mechanischem Wege durch entsprechende Justierung des Hallsensors 50 zwischen den Dauermagneten 54.
• In der Schaltung nach Fig. 3 sind in einem Ausführungsbeispiel folgende Bauelemente verwendet worden (die Widerstandswerte sind in Kiloohm angegeben und es handelt sich jeweils um Filmwiderstände von 1/8 Watt): Bezugszeichen Bauelement Wert Typ 75,78 Invertier-/ IC 1458 Operationsverstärker P1 Drahtpoten- 10 tiometer R 1 Widerstand 10 R 2 Widerstand 5,1 R 3 Widerstand 10 R 4 Widerstand 10 R 5 Widerstand 10 R 6 Widerstand 5,1 50A.50B Hallsensor 92 SS 12.2 (Honeywell)

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Zahnmeßtaster mit einem Tasterbalken, der in einem Gehäuse schwenkbar gelagert ist und an einem Ende eine Tasterspitze und am anderen Ende einen von zwei relativ zueinander bewegbaren Teilen eines Meßsysterns trägt, das ein Magnetfeld erzeugt und zu der Tasterspitzenauslenkung proportionale elektrische Signale an eine Anpaßschaltung abgibt, die die elektrischen Signale auf einen standardisierten Wert bringt, wobei die beiden relativ zueinander bewegbaren Teile des Meßsystems aus einer Vorrichtung zur Erzeugung eines statischen Magnetfeldes bzw. aus einem Hallsensor bestehen und die Anpaßschaltung an dem Gehäuse befestigt ist, nach Patent 3302016, dadurch gekennz e i c h n e t, daß der Hallsensor (50) einen Differentialausgang (H,, H2) hat und daß die Anpaßschaltung (56) als Differenzverstärkerschaltung ausgebildet ist.
2. 2. Zahnmeßtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hallsensor (50) zwei bezüglich des Magnetfeldes im Raum entgegengesetzt ausgerichtete Hallgeneratoren aufweist.
3. 3. Zahnmeßtaster nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hallgeneratoren Teile von zwei gleichen Hallsensorelementen (50A, 50B) sind, die mit gleichen Seiten aneinander befestigt sind.

   Die Erfindung betrifft einen Zahnmeßtaster mit einem Tasterbalken, der in einem Gehäuse schwenkbar gelagert ist und an einem Ende eine Tasterspitze und am anderen Ende einen von zwei relativ zueinander bewegbaren Teilen eines Meßsystems trägt, das ein Magnetfeld erzeugt und zu der Tasterspitzenauslenkung proportionale elektrische Signale an eine Anpaßschaltung abgibt, die die elektrischen Signale auf einen standardisierten Wert bringt, wobei die beiden relativ zueinander bewegbaren Teile des Meßsystems aus einer Vorrichtung zur Erzeugung eines statischen Magnetfeldes bzw.

   aus einem Hallsensor bestehen und wobei die Anpaßschaltung an dem Gehäuse befestigt ist, nach Patent 3302016.

   Bei dem Zahnmeßtaster nach dem Hauptpatent enthält gemäß Fig. 5 die mit dem Ausgang des Hallsensors 50 verbundene Anpaßschaltung 56 im wesentlichen eine Nullpunktkorrekturschaltung 74 und zwei in Reihe geschaltete Operationsverstärker 76 bzw. 78. Die Nullpunktkorrektur durch die Nullpunktkorrekturschaltung 74 ist bei dem Zahnmeßtaster nach dem Hauptpatent erforderlich, weil der Hallsensor 50 nur mit einem Gleichspannungswert betrieben wird, während bei den Messungen mit dem Zahnmeßtaster an Zahnflanken aber immer eine Auslenkung des Tasterfingers von einer voreingestellten Nullpunktlage aus nach plus und minus gemessen werden muß. Da in Form der Gleichspannung nur eine einseitige Spannung vorliegt, die Meßspannung am Ausgang aber möglichst aussagekräftig sein soll, d. h. Ausschlag nach links positive Spannung, Ausschlag nach rechts negative Spannung, muß die Ausgangsspannung des Hallsensors 50 symmetrisiert werden. Zu diesem Zweck liefert die Nullpunktkorrekturschaltung 74 eine Spannung, die vor dem Operationsverstärker 76 zu der Ausgangsspannung des Hallsensors 50 addiert wird. Die Nullpunktkorrekturschaltung 74 enthält einen Referenzspannungsgeber 80, der eine thermisch stabile Spannung unabhängig von eventuellen Schwankungen seiner Speisestromquelle liefert.

   Weiter enthält die Nullpunktkorrekturschaltung ein Potentiometer P2, an welchem die Nullpunktkorrekturspannung einstellbar ist, so daß keine mechanische Feinjustierung des Meßsystems erforderlich ist.

   Bei dem Zahnmeßtaster nach d,m Hauptpatent können sich Unsicherheiten im Meßergebnis einstellen, wenn die Nullpunktkorrekturschaltung 74 und der übrige Teil der Meßschaltung nicht genau die gleiche Temperaturdrift haben. Es können sich Gleichtaktspannungen aus dem Hallsensor ergeben, die durch besondere zusätzliche Maßnahmen unterdrückt werden müssen.

   Weiter hat es sich gezeigt, daß das Meßergebnis noch verbessert werden könnte, wenn es möglich wäre, die Ausgangsspannung des Hallsensors, d. h. dessen Empfindlichkeit in Millivolt pro Mikrometer Tasterauslenkung zu vergrößern.

   Aufgabe der Erfindung ist es, den Zahnmeßtaster nach dem Hauptpatent so zu verbessern, daß durch Temperaturdrifterscheinungen innerhalb der Meßschaltung keine Meßunsicherheit verursacht wird, daß sich Gleichtaktspannungen auf einfachere Weise unterdrükken lassen und daß eine höhere Hallsensorausgangsspannung erzielt wird.

   Diese Aufgabe ist durch die Erfindung dadurch gelöst, daß der Hallsensor einen Differentialausgang hat und daß die Anpaßschaltung als Differenzverstärkerschaltung ausgebildet ist.

   Durch die Verwendung eines Hallsensors mit Differentialausgang entfällt die in der Anpaßschaltung des Zahnmeßtasters nach dem Hauptpatent erforderliche Referenzspannungsquelle. Als weitere Vorteile ergeben sich: Die Ausgangsmeßspannung des Hallsensors ist gegen null Volt schwebend. Die so erzeugte Meßspannung kann somit differentiell gemessen werden. Gleichtaktspannungen werden somit durch die Differenzverstärkerschaltung unterdrückt. Damit kann auch genauer gemessen werden, weil Unsicherheiten, herrührend von verschiedenen Temperaturkoeffizienten von Hallsensor/Referenzspannungsquelle, entfallen und weil der doppelte Absolutbetrag der Ausgangsmeßspannung zur Verfügung steht.

   In der Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 wird das gewünschte Differentialausgangssignal durch zwei entgegengesetzt ausgerichtete Hallgeneratoren ein und desselben Hallsensors erzeugt.

   In der Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 3 wird der Hallsensor aus zwei gleichen Hallsensorelementen hergestellt, indem einfach zwei handelsübliche Hallsensoren der bei dem Zahnmeßtaster nach dem Hauptpatent verwendeten Art mechanisch fest so miteinander verbunden werden, daß ihre Hallgeneratoren bezüglich des Magnetfeldes entgegengesetzt zueinander angeordnet sind.

   Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt F i g. 1 den prinzipiellen Schaltungsaufbau des Zahnmeßtasters nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, F i g. 2 eine Teilschnittansicht einer Ausführungsform des Zahnmeßtasters nach der Erfindung und F i g. 3 ein elektrisches Schaltbild der Ausführungsform nach Fig. 2.