DE3933575A1 - Tasteinrichtung - Google Patents
TasteinrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Tasteinrichtung nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1. Tasteinrichtungen dienen
zur Erfassung und Vermessung von Geometrien und
Formkonturen von Meßobjekten, z. B. Werkstücken oder
Maschinenelementen. Im Zuge automatisierter Fertigung
gewinnt die Vermessung sowohl bei der Steuerung von
Produktionsabläufen als auch bei der Qualitätssicherung
an Bedeutung, wobei auch Kräfte gemessen werden können.
Solche Tasteinrichtungen bestehen aus einem mechanischen
Taster und einer elektronischen Auswerteschaltung.
Bei den mechanischen Tastern unterscheidet man zwischen
in sich weitgehend starren beweglich gelagerten Tastern,
deren Lage oder Auslenkung z. B. induktiv ermittelt
wird, und Biegestabtastern, die an einer Stelle fest
eingespannt sind.
Beweglich gelagerte Taster erfordern einen hohen Auf
wand hinsichtlich der mechanischen Konstruktion und
der Auswertung ihrer Lage oder Auslenkung und unter
liegen Meßfehlern durch unkontrollierte Durchbiegung.
Demgegenüber ist die Erfassung der Ausgangsgrößen bei
Biegestababtastern durch die Einwirkung von Weg- oder
Kraftvektoren einfacher, da die mechanischen Bauele
mente für Lagerung, Führung und Rückstellung entfallen
können, und genauer, da die Durchbiegung im Gegensatz
zu den anderen Tastertypen eine Meßgröße und keine
Störgröße darstellt.
Bei den industriell für Fertigung und Qualitäts
kontrolle eingesetzten Tasteinrichtungen spielt
die Zuverlässigkeit, Genauigkeit, Wartungsarmut und
leichte Handhabbarkeit eine wichtige Rolle. Dem
Anwender ist also nicht zuzumuten, die Tastein
richtung beim Austausch kalibrieren zu müssen. Die
unvermeidlichen Fertigungstoleranzen bei der Her
stellung von Tastern haben aber zur Folge, daß jeder
Taster unterschiedliche individuelle Eigenschaften
besitzt.
Diese mechanisch bedingten individuellen Eigen
schaften lassen sich jedoch elektronisch mittels der
Auswerteschaltung ausgleichen, so daß die Kombi
nation aus Taster und Auswerteschaltung, also die
Tasteinrichtung, als einheitlich kalibrierte Meßein
heit realisierbar ist und vom Anwender ohne weiteres
ausgetauscht werden kann.
Bei den durch Fertigungstoleranzen hervorgerufenen
Eigenschaften von Biegestababtastern handelt es sich
im wesentlichen um Abweichungen in x-
und y-Richtung als auch um Orthogonalitätsabweichun
gen. Die Verstärkungsabweichungen bestehen darin, daß
gleiche Auslenkungen in der x- und y-Richtung unter
schiedliche Beträge der Ausgangsgrößen der Taster
hervorbringen.
Die Orthogonalitätsabweichungen zeigen sich darin,
daß exakt senkrecht zueinander vorgenommene, in
x- und y-Richtung weisende Auslenkungen nicht nur
Ausgangsgrößen entsprechend ihrer Koordinatenrich
tungen hervorbringen, sondern auch die Ausgangs
größen der anderen Koordinatenrichtung beeinflussen.
Die Koordinatenachsen der Ausgangsgrößen stehen also
nicht senkrecht, sondern in einem von der Senkrechten
abweichenden Winkel aufeinander.
Um eine Kalibrierung der Tasteinrichtung ohne Kennt
nis einzelner Tasterparameter vornehmen zu können,
ist in einem Aufsatz des Erfinders: H. Janocha,
Rechnerunterstütztes Tastsystem, Feinwerktechnik
und Meßtechnik 93 (1985), Seite 417, 418 bereits
vorgeschlagen worden, eine Über-Alles-Kalibrierung
vorzunehmen und in einer Tabelle die Zuordnung
der Wegaufnehmersignale zu den Koordinaten des
Tasters zu speichern. Die Korrektur systematischer
Orthogonalitäts- und Verstärkungsabweichungen kann
dann mittels eines Mikrorechners vorgenommen werden.
Bei diesem Vorschlag gehört also ein Mikrorechner
mit zur Auswerteschaltung, damit eine kalibrierte
Meßeinrichtung realisierbar ist. Eine solche Lösung
ist aber für den praktischen Einsatz ungeeignet,
denn Mikrorechner sind beim derzeitigen Stand der
Technik noch nicht als platzsparende, billige inte
grierte Schaltung verfügbar, sondern bilden ein
eigenständiges Gerät. Bei der Realisierung einer
solchen Lösung würde daher der Mikrorechner bei
Austausch des Tasters nicht mit ausgetauscht sondern
vielmehr umprogrammiert werden.
Dies ist aber für den Anwender nachteilig, da die
sofortige Einsatzbereitschaft der Tasteinrichtung
nach Austausch des Tasters nicht sicher gewährleistet
ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Tast
einrichtung zu schaffen, die als kompakte Einheit ein
setzbar und bereits bei der Herstellung komplett kalibrierbar ist.
Diese Aufgabe wird bei einer Tasteinrichtung nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im Kenn
zeichen angegebenen Merkmale gelöst.
Aufgrund insbesondere der Orthogonalitätsabweichungen
bestand in der Fachwelt bisher die Annahme, daß ein
sehr komplexer Zusammenhang zwischen den Abweichungen
in x- und y-Richtung bei einem toleranzbehafteten
Taster bestünden. Folgerichtig waren daher Lösungs
vorschläge auf eine gemeinsame Kompensation der
Abweichungen in den betreffenden Koordinaten
richtungen gerichtet, wie der eingangs genannte Auf
satz sowie weitere, im Literaturverzeichnis dieses
Aufsatzes genannte Veröffentlichungen zeigen.
Entgegen dem Vorurteil der Fachwelt beruht die Er
findung nun auf der Erkenntnis, daß dieser vermutete
komplexe Zusammenhang in Wirklichkeit gar nicht be
steht, sondern vielmehr die Meßgrößen bei Orthogo
nalitätsabweichungen linear überlagert sind und durch
Kompensation dieser Überlagerung unabhängig verarbeitet
werden können.
Die Umsetzung dieser Erkenntnis führt zu einer im
Vergleich zum Stand der Technik erheblich einfacheren,
auch in analoger Schaltungstechnik realisierbaren
Schaltung, die sowohl eine kostengünstige Herstellung
der Auswerteschaltung gestattet als auch die Voraus
setzungen für einen kompakten Aufbau schafft. Da
bei beschränkt sich die Kalibrierung auf nur wenige
Stellglieder, wodurch auch eine besonders hohe und
konstante Genauigkeit sowie eine hohe Betriebs
sicherheit erreicht wird.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung
sind die Stellglieder zur Verstärkungseinstellung
vom Summierer entkoppelt.
Dadurch lassen sich die Kalibriermaßnahmen seriell
statt iterativ durchführen. Eine Automatisierung, die
die optimalen Werte genauer zuverlässiger und schneller
erreicht, ist dadurch einfacher durchführbar.
Vorzugsweise sind die Meßverstärker in den x- und y-
Kanälen jeweils zweistufig aufgebaut, wobei in der
ersten Stufe die Stellglieder zur Verstärkungsein
stellung angeordnet sind, während die zweite Stufe
eines der beiden Kanäle als Summierer dient.
Durch den zweistufigen Aufbau wird einmal die Ver
stärkungsreserve der Verstärker nicht ausgenutzt,
so daß diese im Gegenkopplungsbetrieb zur Stabili
sierung ausgenutzt werden kann. Außerdem läßt sich
eine sehr wirksame Entkoppelung der beiden Stufen
herbeiführen, wodurch ohne zusätzlichen Aufwand
auch die Entkoppelung der Stellglieder zur Ver
stärkungseinstellung einerseits, und vom Summierer
andererseits eintritt.
Bei einer praktischen Ausgestaltung der Erfindung
wird der Teil des anderen Kanalsignals, der dem
Summierer gleich oder gegensinnig zugeführt ist,
über Stellglieder am Ausgang des Kanals abgegriffen.
An diesem Abgriffsort ist die Ausgangsspannung be
reits entzerrt und von anderen schaltungs- und sensor
technisch begründeten Symmetrie- und Verstärkungsfehlern
befreit. Somit kann ein winkelproportionaler
Bruchteil der Ausgangspannung des anderen Kanals
dem einen Kanal addiert werden, wodurch die Schief
winkligkeit des tastereigenen Koordinatensytems be
seitigt und in ein orthogonales Kennliniennetz
überführt werden kann.
Im einzelnen umfaßt jede Stufe des Meßverstärkers
symmetrisch zueinander geschaltete Differenzverstärker,
wobei das Mittenpotential der ersten Stufe schwimmend
zum Bezugspotential liegt und das Mittenpotential
der zweiten Stufe auf das Bezugspotential bezogen
ist.
Bei diesem Schaltungsaufbau lassen sich in der ersten
Stufe besonders rausch- und driftarme Zweifachoperations
verstärker einsetzen. Der Temperaturgleichlauf in
Verbindung mit eng tolerierten Widerständen in dieser
Stufe ergibt eine hohe Gleichtaktunterdrückung. Die
Eingangsstufe läßt sich bei niedriger Signalver
stärkung besonders auf diese Eigenschaften hin di
mensionieren, da noch die zweite Stufe nachgeschaltet
ist, die dann die nötige Signalverstärkung bewirkt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung umfassen
die zweiten Stufen jedes Kanals ein Symmetriestell
glied, vorzugsweise in einem der Rückführungszweige
der Differenzverstärker.
Hierdurch lassen sich Unsymmetrien der Ausgangs
spannungen beseitigen, die auf einer ungleichmäßigen
Weg-Spannung-Charakteristik des Tasters in der einen
Richtung im Vergleich zur Gegenrichtung beruhen.
Auf das Koordinatennetz bezogen bedeutet dies, daß
unterschiedliche Abstände der Netzlinien in den
verschiedenen Quadranten mit Hilfe der Symmetrie
stellglieder beseitigt werden können und somit ein
in allen Quadranten äquidistantes Koordinatennetz
entsteht.
Weiterhin ist vorgesehen, daß die Differenzverstärker
der zweiten Stufen als Summierer für Nullabgleichs
spannungen der Brückenschaltungen aus Dehnungsmeß
streifen dienen, die ihnen über Stellglieder aus
den Speisespannungsquellen für die Dehnungsmeßstreifen
zugeführt sind.
Es gelingt durch diese Maßnahme den Spannungsoffset
in der Ruhelage des Tasters zu beseitigen, wobei je
doch die Kompensationsspannungen zu diesem Offset
nicht der Verstärkung der gesamten Meßverstärker
unterliegen, sondern nur der Verstärkung der
zweiten Stufe.
In vorteilhafter Weise werden die erforderlichen
Spannungen der Speisespannungsquelle für die Dehnungs
meßstreifen entnommen, die für eine hohe Meßgenauig
keit bereits auf die Abgabe einer hochkonstanten Aus
gangsspannung ausgelegt ist. Zusätzliche Maßnahmen
zur Konstanthaltung der Kompensationsspannungen für
den Nullabgleich sind daher nicht nötig.
Bei einer praktischen Ausgestaltung der Erfindung
bildet die Anordnung aus Dehnungsmeßstreifen für
jede Koordinatenrichtung eine Brückenschaltung, von
der jeweils zwei Dehnungsmeßstreifen mechanisch neben
einander auf gegenüberliegenden Applikationsflächen
des Taststiftes angeordnet sind. Die mechanisch neben
einander liegenden Dehnungsmeßstreifen sind in elek
trisch gegenüberliegenden Brückenzweigen angeordnet.
Es ergeben sich bei dieser Anordnung zwei Vollbrücken
mit aktiven Dehnungsmeßstreifen, wobei jede Vollbrücke
für eine Koordinatenrichtung vorgesehen ist. Durch
die Vollbrücken wird eine Vervierfachung der Emp
findlichkeit im Vergleich zu einfachen Dehnungsmeß
streifen erreicht. Außerdem werden Linearitätsab
weichungen vermindert und es besteht die Möglich
keit, Temperatureinflüsse zu eliminieren.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung
ist vorgesehen, daß der Taster zusammen mit der Aus
werteschaltung eine integrale Einheit mit nominierbaren,
mechanischen und elektrischen Schnittstellen bildet. Damit
gelingt es, die Tasteinrichtung werkseitig vollständig zu
kalibrieren, so daß der Anwender ohne signalkorri
gierende Eingriffe einen blinden Austausch vornehmen
kann. Die Einsatzbereitschaft der Tastvorrichtung
ist also sofort nach dem Austausch gegeben.
In zweckmäßiger Ausgestaltung der Tasteinrichtung
ist die Auswerteschaltung nahe dem Einspannort des
einseitig eingespannten Taststiftes, vorzugsweise
konzentrisch zur Stiftachse, angeordnet.
Hierdurch wird die Tastkugel des Taststiftes von allen
Seiten frei zugänglich, wodurch die Tasteinrichtung
auch zur Erfassung von Geometrien und Formkonturen
bei sehr komplizierten Werkstücken oder Maschinen
elementen mit tief eindringenden Ausnehmungen oder
Bohrungen verwendbar ist. Eine vorzeitige Begrenzung
der Eindringtiefe mit der Gefahr einer Beschädigung
der Werkstückoberfläche oder der Tastvorrichtung
besteht daher nicht.
Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der weiteren
Beschreibung und der Zeichnung, die das Grundprinzip
sowie ein Ausführungsbeispiel erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines
für die Erfindung geeigneten
Tasters,
Fig. 2 einen Querschnitt durch den
in Fig. 1 dargestellten
Taster,
Fig. 3 eine erste als Vollbrücke aus
gebildete Brückenschaltung mit
Dehnungsmeßstreifen für die
y-Richtung,
Fig. 4 eine entsprechende Darstellung
gemäß Fig. 3, jedoch für die
x-Richtung,
Fig. 5 ein schiefwinkliges, tasterbe
zogenes Koordinatensystem der
Ausgangssignale,
Fig. 6 ein Schaltungsprinzip zur
Orthogonalitätskorrektur
und
Fig. 7 ein vollständiges Schaltbild
einer Auswerteschaltung für
die erfindungsgemäße Tastvor
richtung.
Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines Tasters 10,
der im einzelnen aus einem Taststift 14 und einer
Tastkugel 12 besteht. Der Taststift 14 ist am oberen
Ende fest eingespannt und als Biegestab ausgebildet.
Unterhalb der Einspannstelle ist er in seinem Quer
schnitt quadratisch ausgebildet, um die eindeutige
Zuordnung zwischen x- und y-Richtung zu ermöglichen
und definierte Applikationsflächen für die Dehnungs
meßstreifen zu erzeugen.
Der im Querschnitt quadratische Bereich weist vier
Applikationsflächen 56, 58, 60 und 62 auf, die zu
benachbarten Applikationsflächen im rechten Winkel
stehen.
Auf den Applikationsflächen sind jeweils zwei Dehnungs
meßstreifen nebeneinander angeordnet. Die Dehnungs
meßstreifen dienen dazu, Längenänderungen auf der
Oberfläche der Applikationsflächen in Widerstands
änderungen umzuwandeln und bei Beaufschlagung mit
einer elektrischen Spannung entsprechende Ausgangssig
nale abzugeben.
In Fig. 2, die einen Querschnitt durch den Taststift
14 am Ort der Applikationsflächen zeigt, ist die
exakte Anordnung der Dehnungsmeßstreifen erkennbar.
So befinden sich die Dehungsmeßstreifen RX1 und RX3
auf der Applikationsfläche 56, auf der gegenüberliegenden
Applikationsfläche 58 sind die Dehnungsmeßstreifen
RX2 und RX4 angeordnet. Für die y-Achse sind auf der
Applikationsfläche 60 die Dehnungsmeßstreifen RY1 und
RY3 vorgesehen und auf der gegenüberliegenden Appli
kationsfläche 62 die Dehnungsmeßstreifen RY2 und RY4.
Die Fig. 3 und 4 zeigen, wie die Dehnungsmeßstreifen
für die Koordinatenrichtungen x und y elektrisch
zu Vollbrücken zusammengeschaltet sind. Dabei wird
erkennbar, daß die mechanisch nebeneinander auf der
selben Applikationsfläche angeordneten Dehnungsmeß
streifen in der Brücke in gegenüberliegenden Brücken
zweigen angeordnet sind.
Die in Fig. 3 dargestellte Brücke für die y-Achse
wird an den Knotenpunkten der Dehnungsmeßstreifen
RY1 und RY4 bzw. RY2 und RY3 mit einer aus einer
Speisespannungsquelle stammenden Eingangsspannung
Ue versorgt. Bei Verstimmung des Brückengleichge
wichts ist zwischen den Knotenpunkten der Dehnungs
meßstreifen RY1 und RY2 einerseits und RY3 und RY4
andererseits eine Ausgangsspannung Ua abgreifbar,
die ein Maß für die Verstimmung der Brücke und damit
für die Dehnung der Oberflächen der Applikations
flächen bildet.
Entsprechendes gilt für die in Fig. 4 dargestellte
Vollbrücke für Bewegungen in Richtung der x-Achse.
Hier liegt eine Eingangsspannung Ue einer Speise
spannungquelle an den Knotenpunkten der Dehnungs
meßstreifen RX1 und RX4 einerseits und RX2 und RX3
andererseits an. Die Ausgangsspannung Ua ist an den
Knotenpunkten der Dehnungsmeßstreifen RX1 und RX2
einerseits und RX3 und RX4 andererseits abgreifbar.
Fig. 5 zeigt ein schiefwinkliges tasterbezogenes Ko
ordinatensystem. Bedingt durch Fertigungstoleranzen
kann es vorkommen, daß die nicht ideal-symmetrische
Applikation der Dehnungsmeßstreifen sowie auch die
gegenseitigen Winkel der Applikationsflächen des
Taststiftes 14 von der Senkrechten abweichen und so
mit eine Durchbiegung des Taststiftes 14 in der y-
Richtung hier zusätzlich eine Durchbiegung in x-Rich
tung vortäuscht. Es ergibt sich hierdurch ein Ver
drehwinkel beta der Koordinatenachsen, wobei die
schiefwinkligen Koordinatenachsen hier mit x′ und y′
bezeichnet sind. Würde man das Koordinatensystem zu ei
nem Koordinatennetz ergänzen, so ergäben sich äqui
distante Kennlinien mit konstantem Verdrehwinkel
beta (β).
Wie die Zeichnung erkennen läßt, kann der Fehler in
x-Richtung ausgedrückt werden durch eine Größe y′
mal tangens beta. Dies ergibt für kleine Winkel beta
angenähert die Ausdrücke x = x′ + y′ mal beta und
y = y′.
Die Umwandlung des schiefwinkligen Koordinatensystems
in ein orthogonales gelingt also, indem ein Teil der
Größe der anderen Koordinatenrichtung der einen
Koordinatenrichtung zugeschlagen wird. Schaltungs
technisch läßt sich diese Umrechnung mit einer
Grundschaltung realisieren, wie sie in Fig. 6 darge
stellt ist.
Die Schaltung in Fig. 6 bildet eine Vorrichtung zur
Orthogonalitätskorrektur 28 und besteht aus einem
im x-Kanal Kx angeordneten Summierer 30, dessen einem
Eingang 32 das eigene Kanalsignal Ux, und dessen
anderem Eingang 34 ein Teil des anderen Kanalsignals
Uy, gleich oder gegensinnig zugeführt ist. Das Stell
glied, das einen Teil des anderen Kanalsignals Uy,
zuführt, ist in Anlehung an den Verdrehwinkel beta
mit Uβ bezeichnet.
Fig. 7 zeigt ein vollständiges Schaltbild der Auswerte
schaltung 16.
Die Schaltungselemente sind der besseren Übersichtlich
keit zu Baugruppen zusammengefaßt, die durch gestrichelte
Umrandungen erkennbar sind. Mit 18 und 20 sind Speise
spannungsquellen für eine positive und eine negative
Speisespannung der Dehnungsmeßstreifen RX1...4 und
RY1...4 bezeichnet. Die Speisespannungsquellen werden
von einer hochgenauen Referenzspannungsquelle 66 ver
sorgt, die einen Differenzverstärker 68 mit zu einer
Brücke verschalteten Widerständen R12, R13, R16 und
einer Präzisionszenerdiode D1 umfaßt. Zur Verarbeitung
der Ausgangssignale der Vollbrücken aus den Dehnungs
meßstreifen RY1 bis RY4 und RX1 bis RX4 dient ein
Meßverstärker 22 für den x-Kanal Kx und ein Meßver
stärker 24 für den y-Kanal Ky. Die Meßverstärker
22 und 24 sind jeweils zweistufig aufgebaut, wobei
im x-Kanal Kx die erste Stufe mit 32 und die zweite
Stufe mit 36 bezeichnet ist und im y-Kanal K die
erste Stufe mit 34 und die zweite Stufe mit 38.
Die ersten Stufen 32 und 34 umfassen Vorrichtungen
zur Verstärkungskorrektur 26, welche durch die Stell
glieder P7 und P8 gebildet sind. Die zweite Stufe
36 im x-Kanal Kx dient als Summierer 30 der Vor
richtung zur Orthogonalitätskorrektur 28. Dem Sum
mierer 30 wird ein Teil des Signals des Kanals Ky,
welches an dessen Ausgang abgegriffen wird, über
Stellglieder P9 und P10 für eine gleichsinnige
bzw. gegensinnige Korrektur zugeführt.
Wie die Schaltung der Meßverstärker 22 und 24 erkennen
läßt, sind die einzelnen Stufen durch symmetrisch
zueinander geschaltete Differenzverstärker 40, 42
in der ersten Stufe 32 und 44, 46 in der zweiten Stufe
36 des x-Kanals Kx sowie 48 und 50 in der ersten
Stufe 34 und 52 und 54 in der zweiten Stufe 38
des y-Kanals Ky gebildet. Die Differenzverstärker
der ersten Stufen liegen schwimmend zum Bezugspotential,
während die Differenzverstärker der zweiten Stufen
mit ihrem Mittenpotential auf das Bezugspotential
bezogen sind.
In den Rückführungszweigen der Differenzverstärker
44 und 52 befinden sich Symmetriestellglieder P11 und
P12, mit denen die Symmetrie der Ausgangsspannungen
in positiver und negativer Richtung eingestellt werden
kann. Zum Nullabgleich der Brückenschaltungen aus
den Dehnungsmeßstreifen RX1 bis RX4 und RY1 bis RY4,
also zur Korrektur der Offsetspannungen, dienen
Stellglieder P1 und P2 bzw. P3 und P4, die aus den
Speisespannungsquellen 18 und 20 entnommene Spannungen
den Differenzverstärkern 44 und 46 bzw. 52 und 54
der zweiten Stufen 36 und 38 zuführen.
In der beschriebenen Ausgestaltung bietet die Schaltung
also die Möglichkeit, sämtliche Störeinflüsse, die im
Zusammenhang mit Fertigungstoleranzen des Tasters 10
sowie der Eigenschaften des Dehnungsmeßstreifen
zusammenhängen, zu kompensieren. Dabei ist die
Anordnung der Stellglieder so vorgesehen, daß eine
gegenseitige Beeinflussung, die einen iterativen
Abgleich erforderlich machen würde, vermieden werden.
Damit sind also die Voraussetzungen für einen seriellen
Abgleich geschaffen, der automatisiert und daher schnell
und mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann.
Ist die Tastvorrichtung vollständig aufgebaut, d. h.
sind die aus den Dehnungsmeßstreifen gebildeten Brücken
mit den Speisespannungsquellen und den Meßverstärkern
verbunden, so kann die Kalibrierung in folgender
Weise durchgeführt werden.
Zunächst wird ein Nullabgleich durchgeführt, damit
bei der Auslenkung Sx gleich Sy gleich null, also
der Ruhelage des Tasters 10, auch die entsprechenden
Ausgangsspannungen am Ausgang der Meßverstärker
Ux und Uy Null betragen. Dieser Abgleich wird
mit den Stellgliedern P3 und P4 für den x-Kanal
Kx und mit den Stellgliedern P1 und P2 für den
y-Kanal Ky durchgeführt. Dabei werden den zweiten
Stufen der Meßverstärker zwei Konstantspannungen
aus den Speisespannungsquellen 18 und 20 zugeführt.
Der nächste Schritt betrifft die Symmetrierung der
Ausgangspannungen. Hierbei wird bei maximaler Aus
lenkung des Tasters 10 beim x-Kanal Kx mit dem Stell
glied P12 die Spannung Ux2 gleich minus Ux1 eingestellt
und eine entsprechende Einstellung für den y-Kanal
mit dem Stellglied P11 durchgeführt.
In einem dritten Kalibrierungschritt erfolgt nun die
Einstellung der Verstärkung, die an einem Beispiel
so vorgenommen wird, daß bei maximaler Auslenkung
der Tastkugel 12 in y-Richtung eine Ausgangsspannung
Uy von 10 Volt erreicht wird. Dies geschieht für den
y-Kanal Ky mit dem Stellglied P8 und für den x-Kanal
Kx mit dem Stellglied P7. Abschließend erfolgt nun
noch die Orthogonalitätskorrektur durch Rückführen
eines Bruchteils der Ausgangsspannung Uy auf den
Summierer 30 mittels der Stellglieder P9 und P10.
Da eine Rückwirkung der einzelnen Kalibrierungsschrit
te aufeinander ausgeschlossen ist, wird die Kalibrie
rung mit dem letzten Einstellschritt der Orthogonali
tät abgeschlossen und die Tastvorrichtung ist nunmehr
einsatzbereit.
Claims (10)
1. Tasteinrichtung zur Erfassung ebener Weg-
und Kraftvektoren, bestehend aus einem Taster (10)
mit einer Tastkugel (12) und einem einseitig einge
spannten, als Biegestab ausgebildeten Taststift (14),
der für jede der beiden orthogonalen Koordinaten
richtungen (x, y) eine Anordnung aus Dehnungsmeßstreifen
(RX1...4; RY1...4) trägt, sowie aus einer Auswerte
schaltung (16) mit Speisespannungsquellen (18, 20)
für die Dehnungsmeßstreifen (RX1...4; RY1...4), Meß
verstärkern (22, 24) in x- und y-Kanälen (Kx; Ky) für
die in den Koordinatenrichtungen (x, y) erfaßten Größen
und Vorrichtungen zur Verstärkungs/Maßstabs- (26) und
Orthogonalitätskorrektur (28), dadurch gekennzeichnet,
daß die Vorrichtung zur Orthogonalitätskorrektur (28)
aus einem in einem der beiden Kanäle (Kx; Ky) ange
ordneten Summierer (30) besteht, dessen einem Eingang
(32) das eigene Kanalsignal (Ux′) und dessen anderem
Eingang (34) ein Teil des anderen Kanalsignals (Uy′)
gleich- oder gegensinnig zugeführt ist und daß die Vor
richtung zur Verstärkungskorrektur (26) Stellglieder
(P7, P8) zur Verstärkungseinstellung in einem Kanal
oder in beiden Kanälen (Kx; Ky) umfaßt.
2. Tastvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Stellglieder (P7, P8) zur
Verstärkungseinstellung vom Summierer (30) ent
koppelt sind.
3. Tastvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Meßverstärker (22,
24) in den x- und y-Kanälen (Kx; Ky) jeweils zwei
stufig aufgebaut sind und daß in der ersten Stufe
(32, 34) die Stellglieder (P7, P8) zur Verstärkungs
einstellung angeordnet sind, während die zweite Stufe
(36, 38) eines der beiden Kanäle (Kx; Ky) als Sum
mierer (30) dient.
4. Tastvorrichtung nach einem oder mehreren
der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Teil des anderen Kanalsignals (Ky), der dem Summierer
(30) gleich- oder gegensinnig zugeführt ist, über
Stellglieder (P9, P10) am Ausgang des Kanals (Ky)
abgegriffen ist.
5. Tastvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, daß jede Stufe (32, 34; 36,
38) des Meßverstärkers (22, 24) symmetrisch zueinander
geschaltete Differenzverstärker (40, 42; 44, 46; 48,
50; 52, 54) umfaßt, wobei das Mittenpotential der
ersten Stufen (32, 34) schwimmend zum Bezugspotential
liegt und das Mittenpotential der zweiten Stufen (36,
38) auf das Bezugspotential bezogen ist.
6. Tastvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die zweiten Stufen (36, 38) je
des Kanals (Kx, Ky) ein Symmetriestellglied (P11,
P12), vorzugsweise in einem der Rückführungszweige
der Differenzverstärker (44; 52) umfaßt.
7. Tastvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzverstärker
(44, 46; 52, 54) der zweiten Stufen (36, 38) als
Summierer für Nullabgleichsspannungen der
Brückenschaltungen aus Dehnungsmeßstreifen (RX1...4;
RY 1...4) dienen, die ihnen über Stellglieder (P1,
P2; P3, P4) aus den Speisespannungsquellen (18, 20)
für die Dehnungsmeßstreifen (RX1...4; RY1...4) zu
geführt sind.
8. Tastvorrichtung nach einem oder mehreren
der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß
die Anordnung aus Dehnungsmeßstreifen (RX1...4;
RY1...4) für jede Koordinatenrichtung (x, y) eine
Brückenschaltung bildet, von der jeweils zwei Dehnungs
meßstreifen (RX1, RX3; RX2, RX4; RY1, RY3; RY2, RY4)
mechanisch nebeneinander auf gegenüberliegenden
Applikationsflächen (56, 58; 60, 62) des Taststiftes
(14) angeordnet sind und die mechanischen nebenein
ander liegenden Dehnungsmeßstreifen (RX1, RX3; RX2,
RX4; RY1, RY3; RY2, RY4) in elektrisch gegenüber
liegenden Brückenzweigen angeordnet sind.
9. Tastvorrichtung nach einem oder mehreren
der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß der
Taster (10) zusammen mit der Auswerteschaltung (16)
eine integrale Einheit mit nominierbaren, mechanischen und
elektrischen Schnittstellen bildet.
10. Tastvorrichtung nach einem oder mehreren
der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die
Auswerteschaltung (16) nahe dem Einspannort des
einseitig eingespannten Taststiftes (14), vorzugs
weise konzentrisch zur Stiftachse (64), angeordnet
ist.
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DE3933575A DE3933575A1 (de) | 1989-10-07 | 1989-10-07 | Tasteinrichtung |
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0526998A1 (de) * | 1991-07-27 | 1993-02-10 | Renishaw Metrology Limited | Schaltungsanordnung für positionserfassende Sonde |
DE4135393A1 (de) * | 1991-10-26 | 1993-04-29 | Bosch Gmbh Robert | Einrichtung zur weg- oder winkelmessung |
EP0608655A1 (de) * | 1992-12-31 | 1994-08-03 | International Business Machines Corporation | In Sondenspitze integrierte Dehnungssensor für einachsiges Atomkraftmikroskop |
EP0897100A1 (de) * | 1997-02-17 | 1999-02-17 | Mitutoyo Corporation | Richtungsunabhängiger kontaktmessfühler |
EP1248073A1 (de) * | 2001-04-03 | 2002-10-09 | Saphirwerk Industrieprodukte AG | Verfahren zur Bestimmung der Grösse der Deformation eines Taststiftes |
WO2010057634A1 (de) * | 2008-11-19 | 2010-05-27 | Brosa Ag | Kraftaufnehmer für stützelemente |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19717973C2 (de) * | 1997-04-28 | 2003-04-30 | Hommelwerke Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Längenmessung, insbesondere zur Abtastung der Kontur einer Oberfläche |
DE10120982B4 (de) * | 2001-04-28 | 2017-05-04 | Hottinger Baldwin Messtechnik Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zum Kalibrieren von Dehnungsmessschaltungen |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE7231877U (de) * | 1972-08-29 | 1973-10-04 | Zeiss C | Elektronischer Mehrkoordinatentaster |
DE3106031A1 (de) * | 1980-04-08 | 1981-12-03 | Jenoptik Jena Gmbh, Ddr 6900 Jena | Einrichtung zur weg-kraft-koordinierung an antastsystemen |
DE3404047A1 (de) * | 1984-02-06 | 1985-08-08 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Steuerstab |
-
1989
- 1989-10-07 DE DE3933575A patent/DE3933575A1/de active Granted
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE7231877U (de) * | 1972-08-29 | 1973-10-04 | Zeiss C | Elektronischer Mehrkoordinatentaster |
DE3106031A1 (de) * | 1980-04-08 | 1981-12-03 | Jenoptik Jena Gmbh, Ddr 6900 Jena | Einrichtung zur weg-kraft-koordinierung an antastsystemen |
DE3404047A1 (de) * | 1984-02-06 | 1985-08-08 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Steuerstab |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
DE-Z: Feinwerktechnik und Meßtechnik 93(185) S. 417,418 * |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0526998A1 (de) * | 1991-07-27 | 1993-02-10 | Renishaw Metrology Limited | Schaltungsanordnung für positionserfassende Sonde |
US5295307A (en) * | 1991-07-27 | 1994-03-22 | Renishaw Metrology Limited | Sensing circuit for position-sensing probe |
DE4135393A1 (de) * | 1991-10-26 | 1993-04-29 | Bosch Gmbh Robert | Einrichtung zur weg- oder winkelmessung |
EP0608655A1 (de) * | 1992-12-31 | 1994-08-03 | International Business Machines Corporation | In Sondenspitze integrierte Dehnungssensor für einachsiges Atomkraftmikroskop |
EP0897100A1 (de) * | 1997-02-17 | 1999-02-17 | Mitutoyo Corporation | Richtungsunabhängiger kontaktmessfühler |
EP0897100A4 (de) * | 1997-02-17 | 2002-09-11 | Mitutoyo Corp | Richtungsunabhängiger kontaktmessfühler |
EP1248073A1 (de) * | 2001-04-03 | 2002-10-09 | Saphirwerk Industrieprodukte AG | Verfahren zur Bestimmung der Grösse der Deformation eines Taststiftes |
US6776023B2 (en) | 2001-04-03 | 2004-08-17 | Saphirwerk Industrieprodukte Ag | Method for determining the deformation amplitude of a touch probe |
WO2010057634A1 (de) * | 2008-11-19 | 2010-05-27 | Brosa Ag | Kraftaufnehmer für stützelemente |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3933575C2 (de) | 1992-02-13 |
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