DE3390155C2

DE3390155C2 - Tragbare Verschiebungsmesseinrichtung

Info

Publication number: DE3390155C2
Application number: DE19833390155
Authority: DE
Inventors: Yoshikazu Kikuchi; Kouji Sasaki
Original assignee: Mitutoyo Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Mitutoyo Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1982-08-20
Filing date: 1983-08-19
Publication date: 1992-09-03
Anticipated expiration: 2003-08-20
Also published as: GB2135779B; WO1984000808A1; JPH0161161B2; GB2135779A; GB8407644D0; DE3390155T1; JPS5934107A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine tragbare Verschiebungsmeßeinrichtung.

Im allgemeinen ist bei Verschiebungswerten zwischen Gegen ständen, die relativ zueinander bewegbar sind, wie z. B. einem Verschiebungswert eines Meßelements relativ zu dem Hauptteil, einem Verschiebungswert eines Schiebers relativ zu einer Säule und ähnlichem bei einer Verschiebungsmeß einrichtung um Messen einer Länge und ähnlichem eines Ge genstandes, eine digitale Verschiebungsmeßeinrichtung be kannt, bei welcher ein Detektor, welcher eine Hauptskala umfaßt, an einem Teil befestigt ist und eine Indexskala an dem anderen Teil befestigt ist, und ein relativer Verschie bungswert zwischen der Hauptskala und dem Detektor digital abgelesen wird.

Diese digitale Verschiebungsmeßeinrichtung ist im allgemei nen in zwei Typen unterteilt, eine tragbare, digitale Ver schiebungsmeßeinrichtung mit einer eingebauten Batterie, die in sich einen Detektor, einen elektronischen Schalt kreis, einen Indikator, eine Batterie als Energieversorgung und ähnliches vereinigt, und eine stationäre, digitale Verschiebungsmeßeinrichtung des Typs mit einer eigens in stallierten Energieversorgung, wobei die meisten der oben beschriebenen Bauteile einzeln aufgestellt sind.

Von diesen beiden Typen zeichnet sich der erstere dadurch aus, daß die Verschiebungsmeßeinrichtung überall benutzt werden kann. Doch, auch wenn ein elektronischer Schalt kreis benützt wird, der identisch oder sehr ähnlich zu dem der stationären digitalen Verschiebungsmeßeinrichtung ist, hat der erstere dadurch Nachteile, daß in vielen Fäl len Zählfehler und Anzeigefehler unregelmäßig auftreten. Der oben beschriebene Nachteil wird besonders extrem, wenn ein kompakter, elektronischer Schaltkreis mit niedrigem Energieverbrauch mit der Entwicklung von elektronischen Teilen und ähnlichem angenommen ist.

Eine tragbare Verschiebungsmeßeinrichtung ist mit der DE-OS 27 39 054 bekannt geworden. Diese Druckschrift zeigt eine Vorrichtung zum Messen einer kleinen Weglänge, wie sie z. B. als Weggeber in Druckmeßumformern eingesetzt werden kann, um die Verschiebung von dünnen Meßmembranen auch bei kleinen Drücken erfassen zu können. Die Vorrichtung weist ein wegabhängig verstellbares Meßelement auf, welches aus einem Werkstück niedriger Permeabilität und hoher Leitfähigkeit besteht. Weiterhin ist eine mit diesem induktiv gekoppelte, wechselstromerregte Induktionsspule vorgesehen, deren sich mit dem Abstand zum verstellbaren Meßelement ändernde Impedanz ein Maß für die Meßgröße ist.

Mit der DE-AS 19 05 909 ist eine Abtasteinrichtung zur Koordinaten-Registrierung von Punkten einer dreidimensionalen Oberfläche bekannt geworden. Die Einrichtung weist einen Tastkopf auf, in dem eine Tastnadel verschieblich gelagert ist. Die erfaßte Wegänderung wird über einen elektromechanischen Differenzumformer in ein elektrisches Meßsignal umgewandelt.

Die DE-PS 8 25 90 beschreibt eine Meßfühlereinrichtung zur Messung der Konturen von Werkstücken, wobei die Einrichtung eine Auflage aufweist, auf der das zu prüfende Werkstück montiert wird. Auf dieser Auflage ist mittels eines Isolationsmateriales ein Mikrometer angeordnet, welches eine hohle Spindel aufweist, in der ein federbelasteter Meßfühler angeordnet ist. Die Mikrometer-Einrichtung wird so lange gedreht, bis ein elektrischer Stromkreis zwischen Werkstück, Auflage und der Mikrometer-Spitze geschlossen ist. Danach ertönt ein Signal und die Bedienungskraft weiß, daß sich das Gerät nun in einer Position befindet, in der das Meßgerät abgelesen werden kann.

Gegenüber dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Meßeinrichtung der eingangs beschriebenen Art derart auszu bilden, daß sie die Meßergebnisse zuverlässig und störungs sicher anzeigt, dennoch aber tragbar gestaltet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruches 1 gelöst.

Zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegen stand der Unteransprüche 2 und 3.

Aufgrund einer Untersuchung einer Menge von praktischen Meßeinrichtungen und deren Verwendungsarten haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden, daß die Gründe für Zählfehler und Anzeigefehler bei tragbaren, digitalen Verschiebungsmeßeinrichtungen auf das folgende zurückzuführen sind. Im einzelnen wird, im Hinblick auf die Tragbarkeit, von den tragbaren, digitalen Verschie bungsmeßeinrichtungen verlangt, daß sie im ganzen kompakt und leicht im Gewicht sind und infolgedessen ist in vielen Fällen das Gehäuse und ähnliches aus einem Plastikmaterial hergestellt. Weiterhin ist, um eine lange Lebensdauer der Batterie zu erreichen, eine sehr niedrige Spannung an die elektronischen Teile und die elektronischen Schaltkrei se angelegt. Weiterhin ist im Hinblick auf die Tragbarkeit der Meßeinrichtung diese elektrisch nicht ge erdet. Als Folge daraus ist die trag bare, digitale Verschiebungsmeßeinrichtung im Vergleich zu einer stationären, digitalen Verschiebungsmeßeinrichtung in starkem Maße dem ungünstigen Einfluß äußeren Rauschens unterworfen.

Ferner muß erwähnt werden, daß in den meisten Fällen die Meßbasis nicht geerdet ist, während das Werkstück, welches auf der Meßbasis ruht, in hohem Maße mit statischer Elektrizität aufgeladen ist. Man nimmt an, daß die Aufladung mit hoher statischer Elektrizität direkt nach der Herstellung oder während der Bewegung zu der Meßbasis erfolgt.

Um die oben beschriebenen Nachteile auszuräumen, könnte vorgeschlagen werden, daß ein Erdungskabel mit dem Gehäuse oder ähnlichem verbunden wird. Das würde aber die Tragbar keit beeinträchtigen, die eine eigentliche Funktion einer tragbaren, digitalen Verschiebungsmeßeinrichtung ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand dreier Ausführungs beispiele in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Frontansicht, teilweise im Schnitt, einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen tragbaren, digitalen Verschiebungsmeßeinrich tung;

Fig. 2 im Schnitt die Anordnung der äquipotentialen Zone der ersten Ausführungsform;

Fig. 3 einen vergrößerten Schnitt der Einzelheit III in Fig. 1;

Fig. 4 eine Vorderansicht, teilweise geschnitten, der Anordnung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen tragbaren, digitalen Ver schiebungsmeßeinrichtung;

Fig. 5 eine Vorderansicht, teilweise geschnitten, der Anordnung einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen tragbaren, digitalen Verschiebungsmeßeinrichtung; und

Fig. 6 einen Schnitt der Anordnung bei Berührungs sensors, der in einer Modifikation der dritten Ausführungsform gebraucht ist.

In den Fig. 1 und 2 ist eine erste Aus führungsform der Erfindung in der Art einer tragbaren, digitalen Meßuhr 10 abgebildet, welche folgendes beinhaltet:
einen ringförmigen Hauptrahmen 12;
eine Spindel 14, welche verschiebbar im Hauptrahmen 12 ge lagert ist, deren vorderes Ende in Kontakt gebracht ist mit dem zu messenden Werkstück 8;
einen elektronischen Schaltkreis 16, welcher in dem Haupt teil der Meßeinrichtung eingebaut ist, um digital die Verschiebung der Spindel 14 festzustellen;
eine Batterie 18, die in dem Hauptteil der Meßeinrichtung eingebaut ist, um den elektronischen Schaltkreis 16 zu betreiben;
eine Umhüllung 20;
der Hauptrahmen 12 und die Umhüllung 20 sind aus einem elektrischen Leiter wie etwa aus Metall hergestellt,
eine der Elektroden, z. B. eine Kathode der Batterie 18 ist mit dem Hauptrahmen 12 verbunden, wodurch die äußere Peripherie des elektronischen Schaltkreises 16 vollständig durch eine äquipotentiale Zone umgeben ist, und weiterhin
einen Fühler, der bis jetzt aus einer Stahlkugel oder einer sehr harten Kugel hergestellt wurde, an der Spindel 14, der durch einen Fühler 22 ersetzt ist, der aus einem Isolier material, wie z. B. Keramik, Stein oder ähnlichem herge stellt ist (im folgenden als "isolierender Fühler" be zeichnet), wie im einzelnen in Fig. 3 gezeigt, wobei ein Teil der Spindel 14, der in Kontakt steht mit dem zu mes senden Werkstück 8 elektrisch isoliert ist gegen das Haupt teil der Meßeinrichtung, welches den elektronischen Schalt kreis 16 umfaßt. In Fig. 1 ist eine dehnbare Feder 24 zum Vorspannen der Spindel 14 in Richtung des Kontakts mit dem zu messenden Werkstück 8 gezeigt, die eine Meßkraft auf die Spindel aufbringt, eine Hauptskala 26, welche fest am Hauptrahmen 12 befestigt ist und an deren Rand Strich einteilungen angebracht sind, um eine Verschiebung festzu stellen, wobei die Stricheinteilungen lichtdurchlassende und lichtabschirmende Teile aufweisen, die abwechselnd auf einer Grundplatte, z. B. aus Glas geformt sind, eine Indexskala 28, die an der Spindel 14 befestigt ist und ebenso mit Stricheinteilungen ausgebildet ist, um eine Verschiebung festzustellen, wobei die Stricheinteilungen lichtdurchlassende und lichtabschirmende Teile umfassen, die abwechselnd auf einer Grundplatte, z. B. aus Glas ge formt sind, eine Meßbasis 30, und in Fig. 3 ist ein Fühlerhalter 32 dargestellt, der z. B. aus Messing herge stellt ist.

Wie oben beschrieben, ist der elektronische Schaltkreis 16 vollständig umgeben von der äquipotentialen Zone, die von dem Hauptrahmen 12 und der Umhüllung 20 gebildet, welche beide aus einem elektrischen Leiter hergestellt sind, und mittels der Kathode der Batterie 18 hiermit verbunden sind, und das Teil der Spindel 14, welches in Kontakt steht mit dem zu messenden Werkstück 8 ist elektrisch isoliert durch den isolierenden Fühler 22 gegen den Hauptteil der Meßein richtung, welche den elektronischen Schaltkreis 16 umfaßt, wobei der elektronische Schaltkreis 16 gegen äußeres Rauschen geschützt werden kann, so daß die Messung mit einer solch hohen Genauigkeit durchgeführt werden kann wie mit einer aufgestellten, digitalen Verschiebungsmeßeinrichtung wobei Zählfehlern und Anzeigefehlern, die den tragbaren Typen eigen sind, vorgebeugt wird.

In dieser Ausführungsform ist die äquipotentiale Zone vom Hauptrahmen 12 und der Umhüllung 20 gebildet, um den elektronischen Schaltkreis 16 vollständig zu umgeben, wodurch nur eine sehr geringe Möglichkeit besteht, äußerem Rauschen unterworfen zu sein. Die Art der Ausbildung der äquipotentialen Zone um den elektronischen Schaltkreis 16 braucht nicht notwendigerweise darauf beschränkt sein, und die Umhüllung 20 kann z. B. aus einem elektrischen Isolator nach dem Stand der Technik (z. B. Plastik) herge stellt sein und die äquipotentiale Zone kann nur von dem Hauptrahmen 12 gebildet werden, auch in diesem Fall kann die Wirksamkeit sichergestellt werden. Weiterhin kann die äquipotentiale Zone auch von anderen Teilen gebildet wer den, so etwa von dem Gehäuse mit Ausnahme des Hauptrahmens 12 und der Umhüllung 20.

Außerdem ist in dieser Ausführungsform der Fühler der Spindel 14, welcher bisher aus einer Stahlkugel oder aus einer sehr harten Kugel aus einem elektrischen Leiter her gestellt wurde, ersetzt durch den isolierenden Fühler 22, wodurch das Teil der Spindel 14, welches in Kontakt mit dem zu messenden Werkstück 8 steht, elektrisch gegen den Hauptteil der Meßeinrichtung isoliert ist, so daß die Isolierung leicht erfolgen kann. Weiterhin braucht die Anordnung der elektrischen Isolierung des Teils der Meß spindel 14, welcher in Kontakt mit dem zu messenden Werk stück steht, gegen den Hauptteil der Meßeinrichtung nicht notwendigerweise auf dieses beschränkt sein, und ein elektrischer Isolator kann im Mittelteil der Spindel 14 z. B. vorgesehen sein.

Im folgenden wird das zweite Ausführungsbeispiel im Zusam menhang mit der Fig. 4 beschrieben. Gemäß dieser Ausfüh rungsform umfaßt ein tragbarer, digitaler Mikrometer 40:
einen im wesentlichen horizontal angeordneten, y-förmigen Hauptrahmen 42;
eine Spindel 44, die verschiebbar durch den Hauptrahmen 42 gelagert ist, deren vorderes Ende mit dem zu messenden Werkstück 8 in Kontakt gebracht ist;
einen elektronischen Schaltkreis 46, der in dem Hauptteil der Meßeinrichtung eingebaut ist, um digital die Verschie bung der Spindel 44 festzustellen;
und eine Batterie 48, die in dem Hauptteil der Meßeinrich tung eingebaut ist, um den elektronischen Schaltkreis 46 zu betreiben;
der elektronische Schaltkreis 46 ist umgeben von einer äquipotentialen Zone, die von einer Umhüllung 50 gebildet ist, welche aus einem elektrischen Leiter hergestellt ist und mit einer Kathode der Batterie 48 damit verbunden ist, und weiterhin ist ein Teil der Spindel 44, der in Kontakt steht mit dem zu messenden Werkstück elektrisch isoliert durch einen elektrischen Isolator 52, der aus Keramik z. B. hergestellt ist, gegen den Hauptteil der Meßeinrich tung, der den elektronischen Schaltkreis 46 umfaßt. In der Zeichnung ist mit 54 ein Amboß bezeichnet.

Auch in dieser Ausführungsform kann das Auftreten von Zählfehlern und Anzeigefehlern wegen äußeren Rauschens wegen der gleichen Art wie bei der ersten Ausführungsform verhindert werden.

Im folgenden wird eine dritte Ausführungsform in Verbindung mit der Fig. 5 beschrieben. Gemäß dieser Ausführungsform umfaßt ein mit einer Batterie versehener digitaler Höhen maßstab 60:
einen im wesentlichen u-förmigen Hauptrahmen 62;
ein Meßelement 64, das verschiebbar vom Hauptrahmen 62 durch einen Detektor 63 gelagert ist, dessen vorderes Ende mit dem zu messenden Werkstück in Kontakt gebracht ist;
einen elektronischen Schaltkreis 66, der in den Detektor 63 eingebaut ist, um digital eine Verschiebung des Meßele ments 64 festzustellen;
und eine Batterie 68, die in dem Detektor 63 eingebaut ist, um den elektronischen Schaltkreis 66 zu betreiben;
der elektronische Schaltkreis 66 ist von einer Abschirmung 70 umgeben, welche aus einem elektrischen Leiter herge stellt ist und mit einer Kathode der Batterie 68 damit verbunden ist, und weiterhin ist das Meßelement 64 fest mit dem Detektor 63 mittels eines elektrischen Isolators 72 verbunden, der aus keramischem Material z. B. hergestellt ist, wodurch das Teil des Meßelements 64, welches in Kon takt steht mit dem zu messenden Werkstück gegen den Detek tor 63 elektrisch isoliert ist, der den elektronischen Schaltkreis 66 umfaßt. In der Zeichnung ist mit 74 ein Handrad bezeichnet, zur Bewegung des Detektors 63 entlang der aufrechten Teile des Hauptrahmens 62 in vertikaler Richtung, und mit 76 eine steinerne Grundplatte.

Auch in dieser Ausführungsform kann das Auftreten von Zählfehlern und Anzeigefehlern durch äußeres Rauschen in der gleichen Weise wie in der ersten Ausführungsform ver hindert werden.

Weiterhin ist der Detektor 63 in diesem dritten Ausführungs beispiel mit einem Meßelement 64 versehen, das in direktem Kontakt steht mit dem zu messenden Werkstück, jedoch ist der Bereich der Anwendung der vorliegenden Erfindung nicht notwendigerweise auf den beschriebenen Höhenmaßstab be schränkt, und es ist klar, daß die Erfindung auch anwend bar ist auf einen Höhenmaßstab mit eingebauter Batterie, der einen Berührungssensor 75 verwendet, welcher einen stabförmigen Fühler 78 umfaßt, der drehbar um einen Dreh punkt 76 gelagert ist, einen bewegbaren Kontakt 80a, der fest an dem hinteren Ende des Fühlers 78 befestigt ist und ein Paar stationärer Kontakte 80b und 80c, welche in einer solchen Position angeordnet sind, daß sie in Kontakt treten können mit dem bewegbaren Kontakt 80a, wie z. B. in der Fig. 6 gezeigt. In diesem Fall könnte der elektrische Isolator 82, der aus keramischem Material und ähnlichem her gestellt ist, an dem vorderen Ende des Fühlers 78 zur Isolation angeordnet sein.

Weiterhin ist in allen der oben beschriebenen Ausführungs formen die Kathode der Batterie mit der äquipotentialen Zone verbunden, jedoch braucht das Potential der äqui potentialen Zone nicht notwendigerweise mit dem der Katho de der Batterie gleich sein, im Gegenteil, auch die Anode der Batterie könnte z. B. mit der äquipotentialen Zone ver bunden sein.

In allen den oben beschriebenen Ausführungsformen ist die vorliegende Erfindung bei einer tragbaren, digitalen Verschiebungsmeßeinrichtung angewendet worden, die mit dem photoelektrischen Verschiebungsdetektor ausgerüstet ist, der den Index und die Hauptskalen mit den Strichein teilungen zum Feststellen des Verschiebungswertes ge bildet hat, wobei die Stricheinteilungen lichtdurchlassende und lichtabschirmende Teile aufweisen, jedoch braucht der Bereich der Anwendung der vorliegenden Erfindung nicht notwendigerweise darauf beschränkt sein, sondern es ist klar, daß die vorliegende Erfindung anwendbar für eine tragbare, digitale Verschiebungsmeßeinrichtung, die z. B. mit einem kapazitiven Verschiebungsdetektor ausgerüstet ist.

Claims

1. Tragbare Verschiebungsmeßeinrichtung (10, 40 oder 60) mit:
einem aus einem elektrischen Leiter bestehenden Hauptrahmen (12, 42 oder 62);
einem Meßelement (14, 44 oder 64), das verschiebbar an dem Hauptrahmen gelagert ist und dessen vorderes Ende mit dem zu messenden Werkstück in Kontakt gebracht wird;
einem elektronischen Schaltkreis (16, 46 oder 66) zur digitalen Erfassung der Verschiebung des Meßelementes;
einer Batterie (18, 48 oder 68) zum Betreiben des elektronischen Schaltkreises;
einer Umhüllung (20, 50 oder 70), die aus einem elektrischen Leiter besteht;
einer als Abschirmung dienenden äquipotentialen Zone, die aus dem Hauptrahmen und der Umhüllung besteht und mit dem Minuspol der Batterie verbunden ist;
wobei das vordere Ende (22, 52) des Meßelementes elektrisch gegenüber dem Hauptrahmen (12, 42 oder 62), der Umhüllung (20, 50 oder 70) und dem elektronischen Schaltkreis (16, 46 oder 66) isoliert ist.

2. Tragbare Verschiebungsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vordere Ende des Meßelementes (14 oder 44) aus keramischem Material (22 oder 52) hergestellt ist.

3. Tragbare Verschiebungsmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßelement (64) durch einen elektrischen Isolator (72) gegenüber der äquipotentialen Zone (62, 70) und dem Schaltkreis (66) isoliert ist.