DE3828589C2

DE3828589C2 -

Info

Publication number: DE3828589C2
Application number: DE19883828589
Authority: DE
Inventors: Izrail Moiseevic Stison; Anatolij Zinovievic Livsic; Boris Moiseevic Leningrad Su Sorockin
Original assignee: LENINGRADSKIJ INSTRUMENTAL'NYJ ZAVOD LENINGRAD SU
Current assignee: LENINGRADSKIJ INSTRUMENTAL'NYJ ZAVOD LENINGRAD SU
Priority date: 1988-08-23
Filing date: 1988-08-23
Publication date: 1991-04-25
Also published as: DE3828589A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Meßgeräte und insbesondere auf eine Meßspindel eines Gebers mit linearer Verschiebung. Die Erfindung kann in Geräten für Präzisionsmessungen linearer Werkstückmaße, einer Oberflächenrauheit, Oberflächenabweichungen von einer geometrischen Sollform und Verformungsgrößen zur Anwendung kommen. Sie kann auch zur Messung von Mikroverschiebungen zur genauen Einstellung der Teile und der Baugruppen von Präzisionsmechanismen, darunter Werkzeugmaschinen und Robotern verwendet werden.The invention relates to measuring instruments and in particular on a measuring spindle of an encoder with linear displacement. The invention can be used in devices for precision measurements linear workpiece dimensions, surface roughness, Surface deviations from a geometrical target shape and deformation quantities are used. It can too for measuring micro-displacements for precise adjustment parts and assemblies of precision mechanisms, including machine tools and robots.

Derartige Meßgeräte enthalten einen Geber mit linearer Verschiebung, der eine Meßspindel und einen Wandler zum Umwandeln einer linearen Verschiebung in ein elektrisches Signal umfaßt. Die Meßspindel umfaßt eine Meßstange, die in einer Führung angeordnet ist. Ein Ende der Meßstange gelangt mit der Oberfläche eines Objektes in Berührung, dessen Abmessungen bzw. Maßabweichungen gemessen werden.Such measuring devices contain an encoder with a linear displacement, which a measuring spindle and a converter for converting a linear Includes shift in an electrical signal. The measuring spindle includes a measuring rod, which is arranged in a guide. An end the measuring rod comes into contact with the surface of an object, whose dimensions or dimensional deviations are measured.

Meßstangenbewegungen werden im Laufe einer Messung in ein elektrisches Signal umgewandelt, wobei induktive, kapazizive bzw. fotoelektrische Wandler zur Anwendung kommen können.Rod movements are converted into an electrical one during a measurement Signal converted, being inductive, capacitive or photoelectric Transducers can be used.

Bei diesen Messungen können Kräfte entstehen, die bestrebt sind, die Meßstange um deren Achse zu drehen, was unerwünscht ist, weil dadurch eine Änderung des elektrischen Signals am Wandlerausgang, d. h. ein Meßfehler bewirkt sein kann. Solch eine Signaländerung kann z. B. durch eine Stoffinhomogenität im Bereich eines Endes der Meßstange, die mit einem Wandlerelement in Wechselwirkung steht, das auf eine Verschiebung dieses Endes reagiert, durch eine Formabweichung dieses Endes von einer zylindrischen Form bzw. eine Abweichung der Symmetrieachse dieses Endes von der Drehachse der Meßstange herbeigeführt werden. Daher weist gewöhnlich die Meßspindel eines Gebers für die lineare Verschiebung Mittel zur Begrenzung einer Drehbewegung der Meßstange um deren Achse auf. Forces can arise during these measurements are to rotate the measuring rod about its axis, what is undesirable because it changes the electrical Signals at the converter output, d. H. a measurement error causes can be. Such a signal change can e.g. B. by a Material inhomogeneity in the area of one end of the measuring rod, that interacts with a transducer element that responds to a shift in this end by a Shape deviation of this end from a cylindrical shape or a deviation of the symmetry axis of this end from the axis of rotation of the measuring rod. Therefore usually has the measuring spindle of a linear encoder Displacement Means to limit a rotary movement the measuring rod around its axis.

Es ist eine Meßspindel des Gebers mit linearer Verschiebung bekannt, enthaltend eine Führung mit einer zylindrischen Bohrung, eine darin in Wälzlagern koaxial gelagerte zylindrische Meßstange und Mittel zur Begrenzung einer Drehbewegung der Meßstange um deren Achse, die als ein Stift ausgeführt sind, der über die zylindrische Oberfläche der Meßstange hinausragt und in eine Nut eingreift, die im Inneren der Führung vorgesehen ist und längs der Achse ihrer Bohrung verläuft ("Stanki i instrumenty", Nr. 9, 1985, A. Z. Livshits und B. M. Sorochkin, "Pretcizionnye induktivnye preobrazovateli", S. 34-35).It is a measuring spindle of the encoder with a linear displacement known containing a guide with a cylindrical Bore, one coaxially supported in rolling bearings cylindrical measuring rod and limitation means a rotary movement of the measuring rod about its axis, which as a pen are running across the cylindrical surface the measuring rod protrudes and engages in a groove, which is provided inside the guide and along the The axis of their drilling runs ("Stanki i instrumenty", No. 9, 1985, A. Z. Livshits and B. M. Sorochkin, "Pretcizionnye induktivnye preobrazovateli ", pp. 34-35).

Ein Stift, der eine Drehbewegung der Meßstange begrenzt, kann auch in einer Bohrung der Führung angeordnet sein und in eine Längsnut in der Seitenfläche der Meßstange eingreifen (B. M. Sorochkin, E. O. Bogdanov, "Avtomatizatsÿa mnogodiapazonnoj sortirovki", 1973, Mashinostroenie (Leningrad), S. 36, Bild 12).A pin that limits rotation of the measuring rod can also be arranged in a bore of the guide be and in a longitudinal groove in the side surface of the measuring rod intervene (B. M. Sorochkin, E. O. Bogdanov, "Avtomatizatsÿa mnogodiapazonnoj sortirovki ", 1973, Mashinostroenie (Leningrad), p. 36, picture 12).

Bei Anwendung dieser Einrichtungen findet aber eine bedeutende Gleitreibung zwischen Oberflächen eines Stiftes und einer Nut, die dieser Stift eingreift, statt, wenn eine Bewegung der Meßstange längs der Führung entsteht. Diese Reibung bewirkt einen größeren Meßfehler.When using these facilities, however, there is a significant one Sliding friction between the surfaces of a pin and a groove that this pin engages instead of when moving the measuring rod arises along the guide. This friction causes a larger measurement error.

Zum Stand der Technik gehört eine Meßspindel eines Gebers mit linearer Verschiebung, enthaltend eine Führung mit einer zylindrischen Bohrung, eine darin in Wälzlagern koaxial gelagerte Meßstange und Mittel zur Begrenzung einer Drehbewegung der Meßstange um deren Achse, die als eine Kegelrolle ausgeführt sind, die drehbar auf einer Achse befestigt ist, die in die Meßstange eingepreßt ist und senkrecht zu deren Seitenfläche verläuft. Die Rolle greift in eine Kegelnut ein, die im Inneren der Führung in der Achsrichtung verläuft (TESA, Schweiz, "Geräte zur Messung linearer Größen", 1980, S. 52). Durch Anwendung einer drehbaren Rolle kann eine Reibung zwischen der Meßstange und der Führung vermindert werden, weil bei einer Bewegung der Meßstange längs der Führung die Rolle auf einer Seitenfläche der Nut abrollt. Doch auch in diesem Falle findet zwischen der Rolle und deren Achse eine Gleitreibung statt, wodurch ein Meßfehler vergrößert wird. Außerdem weist infolge kleiner Abmessungen der Meßstange und der Führung und dadurch, daß man die Rolle und die Nut mit einer hohen Genauigkeit herzustellen hat, diese Meßspindel eine komplizierte Konstruktion auf und ihre Herstellung bedarf eines großen Aufwandes.A measuring spindle belongs to the prior art Linear displacement encoder containing a guide with a cylindrical bore, one in rolling bearings coaxially mounted measuring rod and means for limiting a Rotary movement of the measuring rod about its axis, which as a Tapered roller are designed, which are rotatably mounted on an axis is, which is pressed into the measuring rod and perpendicular runs to the side surface. The role intervenes a tapered groove that is inside the guide in the axial direction (TESA, Switzerland, "Devices for the measurement of linear Sizes ", 1980, p. 52). By using a rotatable There may be friction between the measuring rod and the roller Leadership can be reduced because of a movement of the measuring rod along the guide the roller on one side surface the groove rolls off. But even in this case, between sliding friction takes place on the roller and its axis, whereby a measurement error is increased. It also shows smaller as a result Dimensions of the measuring rod and the guide and thereby, that you can roll and groove with high accuracy has to produce, this measuring spindle is complicated Construction on and its manufacture requires a great deal Effort.

Durch die DE-OS 32 23 458 ist darüber hinaus eine Meßuhr bekannt, bei der die Längsbewegung eines stangenartigen Meßfühlers über einen Hebemechanismus übersetzt und als Drehbewegung eines Zeigers angezeigt wird. Der Meßfühler gleitet dabei mit Gleitreibung in einer Buchse und wird durch eine Feder in Richtung auf seine Ausgangslage beaufschlagt.DE-OS 32 23 458 is also a dial gauge known in which the longitudinal movement of a rod-like Sensor translated via a lifting mechanism and as Rotational movement of a pointer is displayed. The sensor slides with sliding friction in a bush and becomes by a spring towards its starting position acted upon.

Durch die CH-PS 4 48 543 ist ein Längen-Feinmeßgerät bekannt, bei dem ebenfalls die Längsbewegung eines stangenartigen Meßbolzens über einen Hebemechanismus in die Drehbewegung eines Zeigers umgesetzt wird. Der Meßbolzen ist dabei bei seiner Längsbewegung durch Wälzlager geführt. Mittel zum Verhindern einer Drehung des Meßbolzens um seine eigene Achse sind dort nicht beschrieben.CH-PS 4 48 543 is a length measuring device known in which the longitudinal movement of a rod-like measuring bolt via a lifting mechanism in the rotational movement of a pointer is implemented. The Measuring pin is in its longitudinal movement Rolling bearings performed. Means for preventing rotation of the Measuring pins around its own axis are not there described.

Schließlich ist durch die DE-OS 24 29 213 eine Meßvorrichtung bekannt, bei der wieder die Längsverschiebung eines Abtaststiftes durch Reibschluß auf zwei quer dazu verlaufende Wellen übertragen wird, wobei sich diese Wellen bei einer Längsverschiebung des Abtaststifts verdrehen. Diese Verdrehung kann von einer der Wellen mit Hilfe einer Skala abgelesen werden und dient als Maß der Längenverschiebung des Abtaststiftes. Finally, through DE-OS 24 29 213 Known measuring device in which again Longitudinal displacement of a stylus by friction two transverse waves are transmitted, whereby these waves with a longitudinal displacement of the Twist the stylus. This twist can be caused by one the waves can be read using a scale and serves as a measure of the length shift of the stylus.

Der Abtaststift selbst ist gleitend in einem Gehäuse gelagert; Mittel, mit deren Hilfe eine Drehung dieses Abtaststiftes um seine Achse verhindert werden könnte, sind nicht vorgesehen.The stylus itself is sliding in a housing stored; Means that help turn this Stylus around its axis could be prevented are not provided.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßspindel eines Gebers mit linearer Verschiebung zu schaffen, bei dem Mittel zur Begrenzung einer Drehbewegung der Meßstange derart ausgebildet sind, daß sie einfach aufgebaut sind und zugleich keine bedeutende Reibung bei einer Bewegung der Meßstange in der Führung verursachen.The invention has for its object a measuring spindle to create an encoder with linear displacement, in the means for limiting a rotational movement of the Measuring rod are designed so that they are simple are built up and at the same time no significant friction cause movement of the measuring rod in the guide.

Diese Aufgabe wird bei einer Meßspindel eines Gebers mit linearer Verschiebung, enthaltend eine Führung mit einer zylindrischen Bohrung, eine darin in Wälzlagern koaxial gelagerte Meßstange und Mittel zur Begrenzung einer Drehbewegung der Meßstange um deren Achse, die zwischen der Führung und der Meßstange angeordnet sind, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf einer Seitenfläche der Meßstange wenigstens eine Abflachung ausgeführt ist und daß die Mittel zur Begrenzung einer Drehbewegung der Meßstange wenigstens eine Kugel enthalten, die zwischen der Oberfläche der Bohrung in der Führung und der Oberfläche der Abflachung der Meßstange angeordnet ist.This task is performed with a measuring spindle of an encoder with linear displacement, containing a guide with a cylindrical bore, one coaxial in rolling bearings stored measuring rod and means for limiting a Rotational movement of the measuring rod about its axis, which is between the Guide and the measuring rod are arranged, according to the invention solved in that on a side surface of the measuring rod at least one flattening is carried out and that the means to limit a rotary movement of the measuring rod at least contain a ball that is between the surface of the Hole in the guide and the surface of the flat the measuring rod is arranged.

Bei dieser Ausführung der Mittel zur Begrenzung einer Drehbewegung der Meßstange um deren Achse weisen sie eine verhältnismäßig einfache Konstruktion auf, wodurch der Aufbau der Meßspindel und deren Herstellung vereinfacht werden.In this execution, the means for limiting one They have a rotary movement of the measuring rod about its axis relatively simple construction, which makes the Structure of the measuring spindle and its manufacture simplified will.

Außerdem entsteht bei einer Bewegung der Meßstange in der Führung in Mittel zur Begrenzung einer Drehbewegung der Meßstange nur eine Rollreibung, die bedeutend kleiner ist als eine Gleitreibung. Im Ergebnis davon wird ein Meßfehler verkleinert, der durch eine Reibung bei linearen Verschiebungen der Meßstange bewirkt wird.In addition, when the measuring rod moves in the guide means for limiting a rotary movement the measuring rod only a rolling friction, which is significantly smaller is as a sliding friction. As a result, it becomes a measurement error downsized by friction at linear Displacements of the measuring rod is effected.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigenUsing the drawing, the invention is for example explained in more detail. Show it

Fig. 1 einen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Meßspindel eines Gebers mit einer linearen Verschiebung; Fig. 1 is a longitudinal section of the measuring spindle according to the invention a sensor with a linear displacement;

Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1;2 shows a cross section along the line II-II in Fig. 1.

Fig. 3 einen Querschnitt der Meßspindel nach einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung, und Fig. 3 shows a cross section of the measuring spindle according to another embodiment of the invention, and

Fig. 4 einen Querschnitt der Meßspindel nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung. Fig. 4 shows a cross section of the measuring spindle according to a further embodiment of the invention.

In Übereinstimmung mit Fig. 1 und 2 enthält die erfindungsgemäße Meßspindel eines Gebers für die lineare Verschiebung eine rohrförmige Führung 1, die eine zylindrische Bohrung 2 hat. In der Bohrung 2 ist koaxial mit dieser eine zylindrische Meßstange 3 angeordnet. Die Meßstange 3 ist in Wälzlagern gelagert, die als in einem Käfig 5 angeordneten Kugeln 4 (Fig. 1) ausgeführt sind. Das eine Ende der Meßstange 3 tritt aus der Führung 1 hinaus und hat eine Meßspitze 6.In accordance with Fig. 1 and 2, the measuring spindle according to the invention contains a sensor for the linear displacement of a tubular guide 1 having a cylindrical bore 2. A cylindrical measuring rod 3 is arranged coaxially in the bore 2 . The measuring rod 3 is mounted in roller bearings which are designed as balls 4 arranged in a cage 5 ( FIG. 1). One end of the measuring rod 3 emerges from the guide 1 and has a measuring tip 6 .

An dem anderen Ende der Meßstange 3 befindet sich ein Ferriteinsatz 7. Gegenüber dem Ferriteinsatz 7 sind in die Bohrung 2 der Führung 1 zwei elektrische Spulen 8 eingesetzt. Die Spulen 8 und der Einsatz 7 bilden einen induktiven Wandler für die Umwandlung einer linearen Verschiebung der Meßstange 3 in ein elektrisches Signal. Die Spulen 8 sind an eine (nicht eingezeichnete) elektrische Schaltung zur Messung des Stromwerts in den Spulen 8 angeschlossen.At the other end of the measuring rod 3 there is a ferrite insert 7 . Compared to the ferrite insert 7 , two electrical coils 8 are inserted into the bore 2 of the guide 1 . The coils 8 and the insert 7 form an inductive converter for converting a linear displacement of the measuring rod 3 into an electrical signal. The coils 8 are connected to an electrical circuit (not shown) for measuring the current value in the coils 8 .

Die Meßspindel ist mit Mitteln zur Begrenzung einer Drehbewegung der Meßstange 3 um deren Achse versehen. Diese Mittel enthalten zwei Kugeln 9 (Fig. 2), die zwischen der Oberfläche der Bohrung 2 und der zylindrischen Fläche der Meßstange 3 eingesetzt sind. Dort, wo die Kugeln 9 eingesetzt sind, sind auf der zylindrischen Oberfläche der Meßstange 3 auf deren entgegengesetzten Seiten zwei parallele Abflachungen 10 ausgeführt, dabei ist die eine Kugel 9 zwischen der Oberfläche der Bohrung 2 und der Oberfläche der einen Abflachung 10 und die andere Kugel 9 zwischen der Oberfläche der Bohrung 2 und der Oberfläche der anderen Abflachung 10 eingesetzt.The measuring spindle is provided with means for limiting a rotational movement of the measuring rod 3 about its axis. These means contain two balls 9 ( Fig. 2) which are inserted between the surface of the bore 2 and the cylindrical surface of the measuring rod 3 . Where the balls 9 are inserted, two parallel flats 10 are carried out on the cylindrical surface of the measuring rod 3 on the opposite sides thereof, one ball 9 between the surface of the bore 2 and the surface of the one flat 10 and the other ball 9 inserted between the surface of the bore 2 and the surface of the other flat 10 .

Die Kugeln 9 können mit einem kleinen Übermaß, das nicht größer ist als jenes der Kugeln, bzw. mit einem kleinen Spiel eingesetzt werden, das nicht größer ist als eine Schmiermitteldicke.The balls 9 can be used with a small oversize, which is not larger than that of the balls, or with a small clearance, which is not larger than a lubricant thickness.

Es ist eine andere Ausführungsvariante der Erfindung möglich, in Übereinstimmung, womit Mittel zur Begrenzung einer Drehbewegung der Meßstange in der Meßspindel vier Kugeln enthalten. Diese Ausführungsvariante der Erfindung wird in Fig. 3 erläutert, die einen Querschnitt dieser Meßspindel an der Einsatzstelle der Kugeln der Mittel zur Begrenzung einer Drehbewegung zeigt. In Übereinstimmung mit Fig. 3 sind auf einer Seitenfläche der Meßstange 11 vier Abflachungen 12 ausgeführt, von denen jede zur benachbarten senkrecht ist. Die Meßstange 11 ist in der zylindrischen Bohrung 2 der Führung 1 ähnlich der in Fig. 1 und 2 gezeigten Meßstange 3 eingesetzt und ist im übrigen der Meßstange 3 ähnlich ausgeführt. Zwischen der Oberfläche der Bohrung 2 (Fig. 3) und der Oberfläche jeder Abflachung 12 ist je eine Kugel 13 eingesetzt, d. h. bei dieser Konstruktion werden vier Kugeln anstelle von zwei verwendet, die in Fig. 1 und 2 gezeigt sind. Die Kugeln 13 (Fig. 3) werden mit einem kleinen Übermaß bzw. Spiel ähnlich den Kugeln 9 in den Fig. 1 und 2 eingesetzt.Another embodiment variant of the invention is possible, in accordance with which means for limiting a rotary movement of the measuring rod in the measuring spindle contain four balls. This embodiment of the invention is explained in Fig. 3, which shows a cross section of this measuring spindle at the point of use of the balls of the means for limiting a rotary movement. In accordance with Fig. 3, four flats 12 are carried out on one side surface of the measuring rod 11 , each of which is perpendicular to the adjacent. The measuring rod 11 is inserted in the cylindrical bore 2 of the guide 1 similar to the measuring rod 3 shown in FIGS. 1 and 2 and is otherwise similar to the measuring rod 3 . Between the surface of the bore 2 ( Fig. 3) and the surface of each flat 12 , a ball 13 is inserted, ie in this construction four balls are used instead of two shown in Figs. 1 and 2. The balls 13 ( FIG. 3) are used with a small excess or play similar to the balls 9 in FIGS. 1 and 2.

Es ist auch eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung möglich, bei der zur Begrenzung einer Drehbewegung der Meßstange in der Meßspindel nur eine Kugel verwendet wird. Diese Ausführungsvariante der Erfindung wird durch Fig. 4 erläutert, die einen Querschnitt dieser Meßspindel an der Einsatzstelle der genannten Kugel darstellt. In Übereinstimmung mit Fig. 4 ist an einer Seitenfläche der Meßstange 14 in diesem Falle eine Abflachung 15 ausgeführt und es kommt eine Kugel 16 zur Anwendung, die zwischen den Oberflächen der Abflachung 15 und der Bohrung 2 eingesetzt ist. Sonst sind die Ausführung und die Anbringung der Meßstange 14 jenen der Meßstange 3 in Fig. 1 und 2 ähnlich.A further embodiment variant of the invention is also possible, in which only one ball is used to limit a rotary movement of the measuring rod in the measuring spindle. This embodiment of the invention is illustrated by Fig. 4, which represents a cross section of this measuring spindle at the point of use of the said ball. In accordance with FIG. 4, a flattening 15 is carried out on a side surface of the measuring rod 14 in this case and a ball 16 is used, which is inserted between the surfaces of the flattening 15 and the bore 2 . Otherwise, the design and the attachment of the measuring rod 14 are similar to those of the measuring rod 3 in FIGS. 1 and 2.

Grundsätzlich ist Anwendung einer anderen Anzahl der Abflachungen auf einer Meßstange und Kugeln möglich, die zwischen der Oberfläche der Führungsbohrung und den Oberflächen der Abflachungen eingesetzt werden.Basically, a different number of applications is required Flattening on a measuring rod and balls possible between the surface of the pilot hole and the surfaces of the flats are used.

Beim Betrieb eines Gebers mit linearer Verschiebung, dessen Meßspindel in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, berührt die Meßspitze 6 der Meßstange 3 die Oberfläche eines Objektes 17, dessen Abmessungen bzw. Verschiebungen gemessen werden. Bei einer Messung bewegt sich die Meßstange 3 in der Bohrung 2 der Führung 1 in der Längs- bzw. Achsrichtung, indem sie sich auf die Kugeln 4 abstützt. Dies erfolgt in Abhängigkeit von einer Profiländerung der Oberfläche des Objektes 17 bzw. dessen Verschiebung. Die Kugeln 9 rollen dabei auf der Oberfläche der Bohrung 2 und den Abflachungen 10 ab, wobei eine nur kleine Reibungskraft infolge einer Rollreibung erzeugt wird.When operating an encoder with a linear displacement, the measuring spindle of which is shown in FIGS . 1 and 2, the measuring tip 6 of the measuring rod 3 touches the surface of an object 17 whose dimensions or displacements are measured. During a measurement, the measuring rod 3 moves in the bore 2 of the guide 1 in the longitudinal or axial direction by being supported on the balls 4 . This takes place as a function of a change in the profile of the surface of the object 17 or its displacement. The balls 9 roll on the surface of the bore 2 and the flats 10 , with only a small frictional force being generated due to rolling friction.

Eine Verschiebung des Ferriteinsatzes 7 in bezug auf die Spulen 8 bewirkt eine Änderung der Induktivität und somit eines Stroms, der in den Spulen 8 fließt. Die Größe dieses Stroms, die mit Hilfe einer elektrischen Schaltung ermittelt wird, dient als Maß der linearen Verschiebung der Meßstange 3.A shift of the ferrite insert 7 with respect to the coils 8 causes a change in the inductance and thus in a current that flows in the coils 8 . The size of this current, which is determined with the aid of an electrical circuit, serves as a measure of the linear displacement of the measuring rod 3 .

Bei Messungen können zufällig kleinere Kräfte entstehen, die bestrebt sind, die Meßstange 3 um deren Achse zu verdrehen. Solche Kräfte können z. B. durch Unebenheiten der Oberfläche des Objektes 17 herbeigeführt werden, die von der Meßspitze 6 berührt wird. Falls die Meßstange 3 um deren Achse gedreht wird, kann ein Meßfehler entstehen, der durch eine Änderung der Spuleninduktivität bewirkt wird. Solch eine Induktivitätsänderung bei einer Drehbewegung der Meßstange 3 kann z. B. durch eine Stoffinhomogenität des Ferriteinsatzes 7, eine Abweichung dessen Form von einer zylindrischen oder dessen Achse von der Drehachse der Meßstange 3 bewirkt werden. Smaller forces can randomly arise during measurements and tend to twist the measuring rod 3 about its axis. Such forces can e.g. B. caused by unevenness in the surface of the object 17 , which is touched by the probe tip 6 . If the measuring rod 3 is rotated about its axis, a measuring error can occur which is caused by a change in the coil inductance. Such an inductance change when the measuring rod 3 rotates can e.g. B. caused by a material inhomogeneity of the ferrite insert 7 , a deviation in its shape from a cylindrical or the axis of the axis of rotation of the measuring rod 3 .

Bei der beschriebenen Konstruktion wird aber eine Drehbewegung der Meßstange 3 durch die Kugeln 9 verhindert.In the construction described, however, the measuring rod 3 is prevented from rotating by the balls 9 .

Eine Wechselwirkung der Meßstange und einer deren Drehbewegung begrenzenden Kugel ist in Fig. 4 erläutert.An interaction of the measuring rod and a ball limiting its rotational movement is explained in FIG. 4.

Falls die Kugel 16 in der Mitte einer Abflachung 15 mit einem Spiel S in bezug auf die Oberfläche der Bohrung 2 gemäß Fig. 4 eingesetzt ist, rollt bei einer Drehbewegung der Meßstange 14 um deren Achse die Kugel auf der Oberfläche der Abflachung 15 ab, wobei sie sich in einer Richtung dreht, die dem Drehsinn der Meßstange 14 entgegengerichtet ist. Wenn sich beispielsweise die Meßstange 14 gegen den Uhrzeigersinn dreht, dreht sich die Kugel 16 im Uhrzeigersinn. Diese Drehsinne der Meßstange 14 und der Kugel 16 sind in Fig. 4 durch Pfeile angedeutet. Die Kugel 16 verschiebt sich dabei aus der Mitte der Abflachung 15 zu deren Rand hin, und ein Spiel zwischen der Kugel 16 und der Oberfläche der Bohrung 2 verkleinert sich. Sobald dieses Spiel verschwunden ist, wird eine weitere Bewegung der Kugel 16 unmöglich und eine Drehbewegung der Meßstange 14 hört auf. Eine Position der Kugel 16 in bezug auf die Meßstange 14 zu diesem Zeitpunkt ist durch eine Punktlinie angedeutet.If the ball 16 is inserted in the middle of a flat 15 with a play S with respect to the surface of the bore 2 according to FIG. 4, the ball rolls on the surface of the flat 15 when the measuring rod 14 rotates about its axis, whereby it rotates in a direction that is opposite to the direction of rotation of the measuring rod 14 . For example, when the measuring rod 14 rotates counterclockwise, the ball 16 rotates clockwise. This sense of rotation of the measuring rod 14 and the ball 16 are indicated in Fig. 4 by arrows. The ball 16 moves from the center of the flat 15 to the edge thereof, and play between the ball 16 and the surface of the bore 2 is reduced. As soon as this game has disappeared, a further movement of the ball 16 becomes impossible and a rotation of the measuring rod 14 stops. A position of the ball 16 with respect to the measuring rod 14 at this time is indicated by a dotted line.

In Übereinstimmung mit Fig. 4 kann man einen Drehwinkel der Meßstange 14 um deren Achse im Falle, wenn sich die Kugel 16 in der Ausgangsstellung in der Mitte der Abflachung 15 befunden hat, nach der Formel ermittelnIn accordance with FIG. 4, an angle of rotation of the measuring rod 14 about its axis in the case when the ball 16 was in the starting position in the middle of the flat 15 can be determined using the formula

worin
α Drehwinkel der Meßstange,
S Spiel zwischen den Oberflächen der Kugel 16 und der Bohrung 2 in der Ausgangsposition der Kugel,
R Radius der Bohrung 2 und
r Radius der Kugel 16 bedeuten.wherein
α angle of rotation of the measuring rod,
S clearance between the surfaces of the ball 16 and the bore 2 in the starting position of the ball,
R radius of hole 2 and
r mean radius of the sphere 16 .

Bei einem Radius der Bohrung von 2,65 mm und einem Radius der Kugel von 0,75 mm, die mit einem Spiel von 0,1 µm eingesetzt ist, beträgt der Drehwinkel der Meßstange ca. 0,5! With a bore radius of 2.65 mm and a radius the ball of 0.75 mm with a clearance of 0.1 µm is inserted, the angle of rotation of the measuring rod is approx. 0.5!

Bei einer Verkleinerung des Spiels S, womit die Kugel 16 eingesetzt wird, wird auch der Drehwinkel α der Meßstange 14 verkleinert.If the play S, with which the ball 16 is used, is reduced, the angle of rotation α of the measuring rod 14 is also reduced.

Falls die Kugel 16 mit einem Übermaß eingesetzt wird, findet keine Drehbewegung der Meßstange 14 statt, weil eine Bewegung der Kugel 16 durch eine Verkleinerung eines Abstandes zwischen den Oberflächen der Abflachung 15 und der Bohrung 2 bei einer Abweichung von der Mitte der Abflachung 15 weg verhindert wird. Man wählt ein Übermaß, das nicht größer ist, als das Übermaß, dem die Kugeln 4 (Fig. 1) eingesetzt sind. Dieses Übermaß kann z. B. 1 bis 2 µm betragen. In diesem Falle stellt eine Rollreibung, die bei einer Bewegung der Kugel 16 entsteht, praktisch kein Hindernis für eine lineare Verschiebung der Meßstange 3 dar.If the ball 16 is used with an oversize, there is no rotational movement of the measuring rod 14 because movement of the ball 16 is prevented by a reduction in a distance between the surfaces of the flat 15 and the bore 2 with a deviation from the center of the flat 15 becomes. One chooses an oversize that is not larger than the oversize, which the balls 4 ( Fig. 1) are used. This excess can e.g. B. 1 to 2 microns. In this case, rolling friction, which arises when the ball 16 moves, is practically no obstacle to a linear displacement of the measuring rod 3 .

Ähnlich erfolgt eine Begrenzung einer Drehbewegung der Meßstange 3 bei Anwendung von zwei und mehr Kugeln, darunter zwei Kugeln 9 nach den Fig. 1 und 2 bzw. vier Kugeln 13 nach Fig. 4.Similarly, a rotational movement of the measuring rod 3 is limited when two or more balls are used, including two balls 9 according to FIGS. 1 and 2 or four balls 13 according to FIG. 4.

Beim Einsatz von zwei Kugeln 9, wie es die Fig. 1 und 2 zeigen, wird eine Biegung der Meßstange verhindert, die in einer Konstruktion nach Fig. 4 unter Einwirkung einer durch die Kugel 16 erzeugten Kraft möglich ist. Diese Biegung der Meßstange kann Betriebsbedingungen der Wälzlager 4 negativ beeinflussen, d. h. darin eine gesteigerte Reibung bewirken, wodurch ein Meßfehler vergrößert wird.When two balls 9 are used , as shown in FIGS. 1 and 2, the measuring rod is prevented from bending, which is possible in a construction according to FIG. 4 under the action of a force generated by the ball 16 . This bending of the measuring rod can have a negative influence on the operating conditions of the roller bearings 4 , that is to say cause an increased friction therein, which increases a measuring error.

Falls vier Kugeln 13 (Fig. 3) verwendet werden, wird eine Starrheit der Meßstange 3 in zwei gegenseitig senkrechten Ebenen erzielt.If four balls 13 ( Fig. 3) are used, a rigidity of the measuring rod 3 is achieved in two mutually perpendicular planes.

Claims

Measuring spindle of an encoder with linear displacement

- a guide ( 1 ) which has a cylindrical bore ( 2 ),
- A measuring rod ( 3 ) coaxially mounted therein in roller bearings ( 4 )
and means for limiting a rotational movement of the measuring rod ( 3 ) about its axis, which are arranged between the guide ( 1 ) and the measuring rod ( 3 ),

characterized in that

- On a side surface of the measuring rod ( 3 ) at least one flat ( 10 ) is executed and that
- The means for limiting a rotational movement of the measuring rod ( 3 ) contain at least one ball ( 9 ) which is inserted between the surface of the bore ( 2 ) in the guide ( 1 ) and the surface of the flattened portion ( 10 ) of the measuring rod ( 3 ) .