DEP0010088MA - - Google Patents

Description

BUNDESBEPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 10. Juli 1953 Bekanntgemacht am 27. September 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zur Überwachung der Abmessungen von Werkstücken, und zwar insbesondere zur Durchführung einer solchen kontinuierlichen oder absatzweisen Überwachung während der Bearbeitung oder Bewegung der Werkstücke, wobei zwischen dem Werkstück und den Tastelementen des Überwachungsgerätes periodische Unterbrechungen stattfinden können.

Es sind bereits kapazitiv arbeitende Geräte bekannt, bei denen ein Taster einen Meßkondensator mit Luftdielektrikum steuert, dessen gegenüberliegende Platten mit zwei das Werkstück abtastenden Meßbacken verbunden sind, wobei die Meßresultate auf elektrischem Wege angezeigt werden. Bei Tastgeräten mit elektrischer Übertragung ist es auch bekannt, die Tastelemente durch parallele Blattfedern zu führen.

Bei den bekannten Geräten dieser Art treten Schwierigkeiten bei der Messung von Werkstücken während deren Bearbeitung auf. Beispielsweise ist es nicht möglich, Messungen von Innendurchmessern bei Anwesenheit von Bearbeitungswerkzeugen durchzuführen. Bei Vorrichtungen mit einem einzigen Taster wird die Messung auch leicht durch Formänderungen und Bewegungsspiele der Bearbeitungsmaschine beeinflußt. Durch die Erfindung wird bezweckt, diese und sonstige Nachteile der bekannten Einrichtungen zu be-

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seitigen und ein Gerät zu schaffen, welches einfach ausgebildet ist, trotzdem aber ein sicheres und genaues Arbeiten ermöglicht.

Die Erfindung.. verwendet, vorzugsweise zwei bewegliche Armaturen, die mit Tastern sowie mit

. Führungs- und Druckfedern versehen sind, welche in ihrer Gesamtheit gleich große bewegliche Massen und gleiche elastische Nachgiebigkeit aufweisen, und die Anordnung einer elektrisch betätigten Schnellblockierungs- und Lösevorrichtung für die bewegliche Armatur, welche aus einer mit der Armatur verbundenen Zunge, einer mit dem Gehäuse verbundenen, zum Festklemmen der Zunge zwischen einer festen und einer beweglichen Ebene geeigneten Zange, einem unter der Wirkung einer Feder die bewegliche Ebene gegen die unbewegliche Ebene drückenden und dadurch die Zunge einzwängenden Joch sowie einem die Zunge durch Anziehen des Joches wieder freigebenden Elektromagneten besteht.

Der Zugriff der Taster auf die beweglichen Armaturen erfolgt zweckmäßig auf einer zylindrischen, mit zwei Längsnuten versehenen Fläche der beweglichen Armatur, zwei zueinander rechtwinkligen ebenen Flächen des Tasters, einem in eine der Nuten der Armatur eingreifenden feststehenden Zahn und einem in die zweite Nut eingreifenden beweglichen Zahn, welcher derart anziehbar ist, daß dadurch die genannten ebenen.

Flächen auf der zylindrischen Fläche der beweglichen Armatur festgelegt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Gerät mit einer Vorrichtung zum Umschalten der Zeitkonstanten versehen, bei der eine Veränderung des von den Tastern gemessenen Betrages von einem Meßanzeigerinstrument verfolgt wird. Diese Vorrichtung besteht aus einer in die die Meßanzeigen liefernden Stromkreise eingeschalteten Widerstands- und Kapazitätsverzögerungsgruppe und einem zum Kurzschließen des Widerstandes geeigneten Schalter.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachstehenden Beschreibung an Hand der Zeichnung näher erläutert.

. Fig. ι zeigt eine Vorderansicht des Vergleichsmikrometers gemäß der Erfindung in schematischer Darstellung;

Fig. 2 stellt einen Schnitt nach der Linie A-A der Fig. 1 dar und zeigt das Anbringen, eines Tasters an dem ihm zugeordneten beweglichen Element;

Fig. 3 zeigt die elektrische Schaltanordnung und die Funktion des Ausgleichskondensators gegenüber dem Meßkondensator;

Fig. 4-zeigt das Schaltbild der elektrischen Einrichtung für die Speisung und die Messung, die für das Anschalten an die Klemmen G und E des Vergleichsmikrometers gemäß der Erfindung bestimmt ist.

In Fig. ι der Zeichnungen ist eine Ausführungsform des Vergleichsmikrometers gemäß der Erfindung dargestellt.

Die mechanischen Elemente, die an der Messung teilnehmen, bestehen im wesentlichen aus den beweglichen Elementen ι und 2, die durch die Federn 3, 4, 5,6 geführt werden. Diese Federn sind flache Blattfedern, deren breite Seite senkrecht zur Zeichnungsebene liegt und deren eine Enden am Gehäuse 7 des Gerätes befestigt sind, während ihre anderen Enden mit den beweglichen Elementen verbunden sind, so daß sich zwei symmetrische Rechtecke mit den Seiten 3, 1, 4 und 5, 2, 6 ergeben.

Die beweglichen Elemente, welche durch zylindrische Stäbe ι und 2 gebildet werden, sind mit Taster 8 bzw. 9 verbunden. Am unteren Ende 10 des Stabes 1 ist, elektrisch von der Masse isoliert, eine Platte 13 eines Meßkondensators Cm mit Luftdielektrikum befestigt, dessen andere Platte 12 ebenfalls gegenüber ■ der Masse isoliert und am oberen Ende 11 des Stabes 2 befestigt ist. Am Ende 10 ist ferner eine Abschirmplatte 14 befestigt und am Ende 11 eine ähnliche Platte 15. Das untere Ende 16 des Stabes 2 trägt einen Stift 17, an dessen Ende 18 eine Feder 19 befestigt ist, deren oberes Ende an einem mit dem Gehäuse 7 fest verbundenen Teil 20. festgemacht ist. '

In ähnlicher Weise ist am unteren Ende des Stabes ι bei 21 das untere Ende einer Feder 22 befestigt, deren oberes Ende an dem mit dem Gehäuse 7 fest verbundenen Teil 23 festgemacht ist. Das untere Ende 10 des beweglichen Elementes 1 trägt eine Lamelle 24, die mit ihrem oberen Ende in den Raum zwischen der Lamelle 26 und den am · Gehäuse 7 des Gerätes befestigten Teil 25 hineinragt.

In ähnlicher Weise ist am oberen Ende 11 des beweglichen Elementes 2 bei 32 eine Lamelle 28 befestigt, die mit ihrem unteren Ende in den Raum zwischen der Lamelle 30 und den am Gehäuse 7 befestigten Teil 29 hineinragt.

Bei 34 ist ein Hebel 33 angelenkt, der an seinem oberen Ende 35 unter der Wirkung einer bei 37 am Gehäuse des Gerätes befestigten Feder 36 steht. Der Hebel 33 trägt einen Stift 40, der bei entspannter Feder 36 gegen die Lamelle 26 anliegt, wodurch die vom beweglichen Element getragene Lamelle 24 zwischen der Lamelle 26 und dem am Gehäuse befestigten Teil 25 eingeklemmt wird. ' Ein Elektromagnet 38 liegt mit seinem Polschuh 39 dem Hebel 33 aus ferromagnetischem Werkstoff gegenüber. Beim Erregen des Elektromagneten wird der Hebel 33 angezogen, wodurch die Lamelle 24 aus der Klemmung durch die Lamelle 26 und den Teil 25 freigegeben wird. Bei der in Fig. 1 gezeigten Lage ist der Elektromagnet 38 erregt. Gleiche Verhältnisse liegen für den Hebel 41 und den Elektromagneten42 zum unteren beweglichen Element 2 vor.

Der Hebel 43 ist bei 63 schwenkbar gelagert und steht unter der Wirkung einer Feder 65, die das rechte Ende des Hebels im Abstand von den am beweglichen Element 1 befestigten Teil 21 hält. In ähnlicher Weise steht der bei 64 schwenkbar gelagerte Hebel 44 unter der Wirkung einer Feder 66, die sein Ende in Abstand von dem beweglichen Element 2 hält. Ein um 68 drehbarer Exzenter 67 steht unter der Wirkung der Feder 70, die das Bestreben hat, den Exzenter im Uhrzeigersinn zu

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drehen. Am Exzenter 67 ist ein Handgriff 69 befestigt. Durch Drehung des Exzenters 67 entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn werden die linken Enden der Hebel 43 und 44 auseinandergespreizt, wodurch deren rechte Enden durch ihre Anlage an den Teilen 21 und 32 die beweglichen Elemente 1 und 2 in ihre Grundstellung bringen, d.h. in diejenige Stellung, in welcher die Federn 3, 4, 5 und 6 nicht durchgebogen sind.

Die Befestigung der Taster 8 und 9 an den beweglichen Elementen 1 und 2 ist mit Einzelheiten in Fig. 2 gezeigt, die einen Schnitt nach der Linie A-A der Fig. 1 darstellt.

Das bewegliche Element 1 weist zwei Sektoren 45 von zylindrischer Oberfläche und zwei ebene Flächen 46 auf, welch letztere in Richtung zweier Erzeugenden verlaufen. Der Taster 8 besitzt zwei ebene, zueinander senkrechte Flächen 47, die an den zylindrischen Oberflächen 45 anliegen, sowie drei

ao feststehende Zähne 48 und einen beweglichen Zahn 49, der von einem Spannbolzen 51 getragen wird. Dieser Bolzen kann durch den Handgriff 52'betätigt werden und steht unter der Wirkung einer Feder 50. An ihrem dem Befestigungsende entgegengesetzten Ende tragen die Taster 8 und 9 (Fig. 1) eingelassene Diamantkuppen 53 und 54, die zur Anlage am Werkstück bestimmt sind. Die Anordnung ist so getroffen, daß die die Scheitelpunkte ^νοη 53 ^und 54 verbindende Gerade parallel zu den Achsen der beweglichen Elemente 1 und 2 ist.

An den Platten des Kondensators Cm sind die biegsamen Leitungen 55 und 56 angeschlossen, die zu den abgeschirmten Leitern 57 und 58 führen. Der Leiter 57 ist mit der beweglichen Platte eines Ausgleichskondensators Ca verbunden, deren andere Platte über die Klemme G an Masse liegt. Der Leiter 58 führt zur Klemme E. Die bewegliche Platte 71 des Ausgleichskondensators Ca kann durch eine Schraube 72 verstellt werden, was durch eine Bedienung des Drehknopfes 73 geschehen kann. Die Schaltanordnung des Ausgleichskondensators Ca, dessen eine Platte an Masse liegt, ist in Fig. 2 gezeigt.

Die Arbeitsweise des Mikrometers ist wie folgt:

Das Gerät wird in senkrechte Lage, wie in Fig. 1 gezeigt, in der Nähe des in Bearbeitung befindlichen Werkstückes, dessen Messung vorgenommen werden soll, gebracht. Hierauf werden die beweglichen Elemente in ihre Ausgangsstellung unter Einwirkung auf die Hebel 43 und 44 durch Drehung des Handgriffes 69 gebracht. Sodann werden die Taster 8 und 9 längs der jeweiligen Führungen gleitend bewegt, was durch entsprechendes Aufschrauben des Spannbolzens 51 und Ausüben eines Druckes auf den Druckknopf 52 gegen die Wirkung der Feder 50 geschehen kann. Die Verbindung zwischen den beweglichen Elementen und den Tastern geschieht längs von Flächen, die sowohl eine gleitende Bewegung der Taster längs der beweglichen Elemente als auch ihr Festspannen auf oder ihre Ablösung von denselben gestatten. Die feststehenden Zähne 48 und der bewegliche Zahn 49 verhindern jede Drehung des Tasters gegenüber der Achse des beweglichen Elementes. Der bewegliche Zahn 49 ermöglicht, wenn er durch den Druck der Feder 50 gegen die ebene Führung 46 angedrückt wird, ein spielfreies Gleiten des Tasters, während, wenn er gegen die Führung durch den Spannbolzen 51 festgezogen wird, er den Taster fest mit dem beweglichen Element verbindet. Durch Lockerschrauben des Spannbolzens 51 und durch Druck auf die Feder 50 mittels des Druckknopfes 52 kann der bewegliche Zahn 49 von der Führung entfernt > werden, so daß der Taster abgenommen werden kann.

Nun werden die Diamantkuppen 53 und 54 zur Anlage am Werkstück gebracht, an dem die Vergleichsmessung gegenüber dem Grundwert Qo vorgenommen werden soll. Zu diesem Zweck wird der Spannbolzen 15 eingeschraubt, und die Taster werden festgestellt, worauf die beweglichen Elemente 1 und 2 von den Hebeln 43 und 44 frei gemacht werden.

Da in der Grundeinstellung die Führungsfedern 3, 4, 5 und 6 weder durchgebogen noch in anderer Weise belastet sind, fällt den Hilfsfedern 22 und 19, deren Zug bei 23 und 20 regelbar ist, die Aufgabe zu, das Gewicht der beweglichen Massen auszugleichen und den erforderlichen Andruck herbeizuführen, um den Kontakt mit dem Werkstück aufrechtzuerhalten, wobei es, wenn diese auch einen verschieden starken Zug ausüben müssen, vorteilhaft ist, wenn sie die gleiche Federkraft haben.

Das den Gegenstand der Erfindung bildende Mikrometer ist, wie Fig. 1 zeigt, mit einer elektrisch gesteuerten Vorrichtung zur schnellen Feststellung der beweglichen Elemente 1 und 2 versehen. Diese Feststellung geschieht, wie bereits erwähnt, durch Feststellen der Lamellen 24 und 28, die an den beweglichen Elementen befestigt sind, an den gegenüberliegenden am Gehäuse befestigten Lamellen. Infolge ihrer Elastizität werden durch die Feststellung die Führungsfedern der beweglichen Elemente praktisch nicht beansprucht.

Die Feststellung und die Aufhebung der Feststellung geht außerordentlich rasch vor sich und erfordert nur eine Zeit in der Größenordnung einer Hundertstelsekunde.

Die vorangehend beschriebene Feststellvorrichtung gestattet ohne Stöße zwischen Werkstück und Tastern die Durchführung von kontinuierlichen Messungen auf in Bewegung befindlichen Flächen, auch wenn diese durch Bohrungen oder Aussparungen u. dgl. unterbrochen sind, und von Messungen mit periodischen Unterbrechungen der Berührung zwischen Werkstück und Tastern, die durch Relativbewegungen zwischen Werkstück und Mikrometer bedingt sein können. Es wird auch möglich, Messungen auf in Bewegung befindlichen Oberflächen auszuführen in der Weise, daß die Messung auf bestimmte Punkte oder Zonen der Oberfläche begrenzt wird, oder die zuletzt angezeigte Messung für eine unbegrenzte Zeit nach der Entnahme des Werkstückes aus dem Gerät aufrechtzuerhalten.

Wie in Fig. 1 angedeutet, kann das Gerät in einem durch gestrichelte Linien gezeichneten Gehäuse derart dichtend eingeschlossen sein, daß nur

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die beweglichen Elemente mit den Verbindungsflächen für die Taster und die Taster selbst außerhalb des Gehäuses liegen, wobei es zweckmäßig ist, diese Teile aus rostfreiem Werkstoff herzustellen, so daß sie sich ohne Schaden außerhalb des Gehäuses befinden können. Die frei liegenden Flächen sind leicht zugänglich und reinigungsfähig, besonders wenn die Taster abgenommen worden sind.
Für die Durchführung der beweglichen Elemente

ίο durch die Abschlußflächen sind elastische Membranen 59, 60, 61 und 62 vorgesehen, die die Abdichtung aufrechterhalten, was dadurch erleichtert wird, daß die beweglichen Elemente nur einen beschränkten Hub haben.

Das Schaltbild der elektrischen Einrichtung ist aus Fig. 4 ersichtlich. Die Oszillatorröhre V₁ liefert eine Wechselspannung mit einer Frequenz von etwa ι MHz, deren Frequenzstabilität unwesentlich ist, während eine Stabilisation der Amplitude durch Absorption einer gasgefüllten Spannungsregelröhre V₆ erfolgt, die direkt an die Spule des Schwingkreises angeschaltet ist.

Mittels eines Koaxialkabels, dessen Kapazität in der Gesamtkapazität des Schwingkreises eingeht, gelangt die Hochfrequenzspannung zu einem ka-. pazitiven Spannungsteiler, der aus dem Trimmerkondensator Cp und aus den Kondensatoren Cm und Ca besteht. Die Wechselspannungen, die zwischen den Punkten G und E bzw. E und F auftreten, werden von den Dioden V₂ und V₃ gleichgerichtet und einander entgegengesetzt, so daß zwischen den Punkten G und F eine Gleichspannung auftritt, die proportional dem Unterschied zwischen den Wechselspannungen ist, welche durch das Koaxialkabel auf den durch die Trioden F₄, V₅ und V_s, V₉ gebildeten ausgeglichenen Verstärker übertragen werden.

Die Verwendung einer hohen Frequenz ist erforderlich, um trotz der Kleinheit der Kapazitäten des Spannungsteilers (die in der Größenordnung von etwa einigen zehn. Pikofarad sind) ausreichend niedrige kapazitive Widerstände zu erzielen, so daß der Einfluß der Nebenschlußwid'erstände und der inneren Widerstände der Gleichrichter auf die Tei-

*⁵ lung der Wechselspannungen und auf die Gleichrichtung vernachlässigbar sind. .

Das Koaxialkabel ermöglicht die räumliche Abtrennung der aus Spannungsteiler und Gleichrichtern bestehenden Gruppe, die notwendigerweise in dem Gehäuse für die mechanischen Elemente untergebracht werden müssen, von den übrigen Teilen der elektrischen Einrichtung, um zu vermeiden, daß das Gehäuse einen zu großen Raum einnimmt und die mechanischen Elemente der Einwirkung von Wärme ausgesetzt werden. Die Gleichrichtung, die unmittelbar auf die Teilung der Wechselspannungen erfolgt, beseitigt jede Zweideutigkeit des Vorzeichens des Spannungsunterschiedes und vermeidet, daß das Angleichen der entgegengesetzt gerichteten Spannungen das gesonderte Ausgleichen der aktiven und der reaktiven Komponenten erfordert. Das Anzeigeinstrument -6* ist ein Drehspulvoltmeter mit Nullpunkt in der Mitte, wobei die gasgefüllte Spannungsregelröhre V₁ dazu dient, eine Beschädigung durch übergroße Spannungen zu verhindern. Die gleiche Spannung, die auf das Instrument wirkt, ist an den Klemmen H und K verfügbar und kann für von der Messung abhängige selbsttätige Steuerungen verwendet werden, z. B. für die Steuerung von Arbeitsmaschinen bei Messungen in der Maschine während des Betriebes oder für die Steuerung von Wähl- und Klassifizierorganen bei Reihenkontrollen auf der Fertigungsstraße.

Im ausgeglichenen Verstärker, der die Anzeige der Messung liefert, ist ein Glied vorgesehen, dessen hohe Kapazität Cr (einige Mikrofarad) und hoher Widerstand Rr (einige Megohm) bei geöffnetem Schalter 6V eine hohe Zeitkonstante (über 10 Sekunden) hereinbringen, wodurch sich eine beträchtliehe Verzögerung in der Anzeige der Messung ergibt. Wenn der Schalter Sr geschlossen ist, liegt der Widerstand Rr in einem kurzgeschlossenen Kreis, in welchem Falle die Triode V₈, die in Kathodenfolgeschaltung als Verstärker mit Kathodenankopplung wirkt, trotzdem sie für das Signal eine hohe Eingangsimpedanz darstellt, einen ausreichend niedrigen Ausgangswiderstand (einige tausend _; Ohm) liefert, so daß sie trotz des Vorhandenseins der hohen Kapazität Cr die gesamte Zeitkonstante innerhalb einiger Hundertstelsekunden aufweist. Die Trioden V₉ und V₁ dienen dazu, die gesamte Schaltung gegenüber etwaigen Veränderungen der Speisespannungen ausgeglichen zu halten.

Der Schalter ist in geeigneter Weise mit den periodischen Unterbrechungen der Berührung der Taster am Werkstück synchronisiert.

Bei dieser Anordnung ist es möglich, Messungen an in Bewegung befindlichen mechanischen Teilen auszuführen, auch wenn eine periodische Unterbrechung der Berührung zwischen Werkstück und Meßgerät stattfindet, ohne daß die angezeigte Messung diskontinuierlich erscheint oder eine Abweichung von der Kontaktmessung auftritt. Dies wird dadurch erreicht, daß man der Gesamtzeit- Ί05 konstante der Stromkreise, die die Anzeige der Messung liefern, wechselweise zwei Werte verleiht, von denen der eine einige tausend Male größer ist als der andere, wobei. dieser Wechsel so vorherbestimmt ist, daß die größere Zeitkonstante unmittelbar vor der Berührungsunterbrechung in Wirkung tritt, während die kleinere Zeitkonstante unmittelbar nach erneuter Berührung wirksam wird.

Die Erfindung ist im Anspruch 1 gekennzeichnet. Der Inhalt der Unteransprüche soll nur in Verbindung mit der Kombination nach Anspruch 1 geschützt werden. Die darüber hinaus in der Beschreibung gemachten Angaben dienen nur zur Erläuterung.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Kapazitiv arbeitendes, mit durch Federn geführten Tastelementen ausgerüstetes Gerät zur Überwachung der Abmessungen von Werkstücken, insbesondere während der Bearbeitung,

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   bei dem die Meßresultate auf elektrischem Wege angezeigt werden, gekennzeichnet durch vorzugsweise zwei bewegliche Armaturen, die mit Tastern sowie mit Führungs- und Druckfedern versehen sind, die in ihrer Gesamtheit gleich große bewegliche Massen und gleiche elastische Nachgiebigkeit aufweisen, sowie durch eine elektrisch betätigte Schnellblockierungs- und Lösevorrichtung für die bewegliche Armatur, welche aus einer mit der Armatur verbundenen Zunge, einer mit dem Gehäuse verbundenen zum Festklemmen der Zunge zwischen einer festen und einer beweglichen Ebene geeigneten Zange, einem unter der Wirkung einer Feder die bewegliche Ebene gegen die unbewegliche Ebene drückenden und dadurch die Zunge einzwängenden Joch sowie einem die Zunge durch Anziehen des Joches wieder freigebenden Elektromagneten besteht.
2. 2. Gerät nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Zugriff der Taster auf die beweglichen Armaturen auf einer zylindrischen, mit zwei Längsnuten versehenen Fläche der beweglichen Armatur, zwei zueinander rechtwinkligen ebenen Flächen des Tasters, einem in eine der Nuten der Armatur eingreifenden feststehenden Zahn und einem in die zweite Nut eingreifenden beweglichen Zahn erfolgt, welcher mittels Schrauben derart anziehbar ist, daß dadurch die genannten ebenen Flächen auf der zylindrischen Fläche der beweglichen Armatur festgelegt werden.
3. 3. Gerät nach Anspruch 1 und/oder 2, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Umschalten der Zeitkonstanten, bei der eine Veränderung des von den Tastern gemessenen Betrages von dem Meßanzeigerinstrument verfolgt wird, wobei diese Vorrichtung aus einer in die die Meßanzeigen liefernden Stromkreise eingeschalteten Widerstands- und Kapazitätsverzögerungsgruppe und einem zum Kurzschließen des Widerstandes geeigneten Schalter besteht.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschrift Nr. 535 878;
   schweizerische Patentschrift Nr. 239 yyj;
   französische Patentschriften Nr. 883 881,868 330; USA.-Patentschriften Nr. 2 499 665, 2 445 455.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen