DE2413997A1

DE2413997A1 - Messinstrument

Info

Publication number: DE2413997A1
Application number: DE2413997A
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Inoue
Original assignee: Inoue Japax Research Inc
Current assignee: Inoue Japax Research Inc
Priority date: 1973-03-22
Filing date: 1974-03-22
Publication date: 1974-09-26
Also published as: DE2413997C3; IT1003849B; JPS49121554A; FR2222633B1; CH558929A; CA1002747A; GB1421313A; FR2222633A1; DE2413997B2; US3924336A

Description

Patenttanw&lte

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581-22.343P(22.344H) 22. 3. 1974

Inoue-Japax Research Incorporated, Yokohamashi, Kanagawaken (Japan)

Meßinstrument

Die Erfindung betrifft ein Meßinstrument, insbesondere zur Präzisions- oder Feinmessung des Abstands zwischen zwei Flächen.

Bisher wird die Präzisionsmessung von Abständen mit einem Mikrometer, Vanier-Taster, einer Bohrungs- oder Lochlehre, einem Tiefen^taster, einem Höhentaster, einem Mikroskop oder dergleichen Meßinstrument vorgenommen, das einem speziellen Meßzweck angepaßt ist. Derartige Instrumente haben eine Präzisionsskala, die durch die Meßperson abzulesen ist, nachdem das Instrument auf den interessierenden Abstand eingestellt worden ist. Die bekannten Meßinstrumente sind nicht nur für genaue Messungen schwierig abzulesen, sondern führen auch zu Irrtümern. Bei den bekannten Meßinstrumenten und -verfahren können unterschiedliche Anzeigen der Abstände durch unterschiedliche Handhabung ein und des-

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selben Meßinstruments durch verschiedene Meßpersonen entstehen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Meßinstrument zu schaffen, das die erwähnten Nachteile vermeidet, insbesondere ein raumsparendes Meßinstrument, das eine erhöhte Ablesegenauigkeit und vereinfachte Bedienung gewährleistet.

Diese Aufgabe wird gemäß der Lehre der Patentansprüche gelöst.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch die Gesamtansicht eines Meßinstruments bzw. einer Meßschraube nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und

Fig. 2 eine perspektivische schematische Ansicht der Meßschraube.

Eine Meßschraube 1 hat einen Grundkörper la, der grundsätzlich einen an sich bekannten mechanischen Aufbau hat. Der Grundkörper la kann deshalb mit einem Bügel 2 und einem daran befestigten Amboß 3 versehen sein. Durch den Bügel 2 hindurch ist eine Spindel 4 beweglich geführt, die an einer Überwurfmutter 5 mechanisch befestigt ist, die ihrerseits auf einer am Bügel 2 befestigten Buchse β drehbar ist. Durch Drehen der Überwurfmutter 5 wird also die Spindel 4 gegenüber dem Amboß hin- und herbewegt. Ein Prüfling ¹J, dessen Dicke oder Außendurchmesser zu messen ist, befindet sich in Meßstellung zwischen zwei benachbarten Endflächen 3a und 4a des Ambosses 3 bzw. der Spindel 4 unter einem geeigneten Anpreßdruck, der durch eine Ratsche einstellbar ist, die einen Knopf 8 hat.

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Erfindungsgemäß hat die Meßschraube 1 einen Meßumformer 9, der eine vom beweglichen Spindelende 4a durchfahrene Strecke in Digitalimpulse umsetzen kann. Der Meßumformer 9 kann irgendeinen herkömmlichen Aufbau haben. Das hier abgebildete Ausführungsbeispiel verwendet einen für sich gut bekannten Differenz-Meßumformer mit einer Primärwicklung 91> zwei Sekundärwicklungen 92 und einem Kern 95· Der Kern 93 ist von der beweglichen Spindel 4 getragen, während die Wicklungen 91 und 92 sich an geeigneten Stellen des Bügels 2 in Bezug auf den Kern 93 befinden. Die Primärwicklung 91 des Differenz-Transformators ist über einen Verstärker 94 mit einem Oszillator 96 verbunden, der die Wicklung bei einer Frequenz im Bereich von 1-5 kHz, z. B. 1, 3 oder 5 kHz, erregt. Die Ausgänge der Sekundärxtficklungen 92 sind mit einer Detektorschaltung 96 verbunden, die eine Differenzspannung oder ein Analogsignal erzeugt, die bzw. das in Abhängigkeit von der Lage des Kerns 91 gegenüber den Wicklungen 92 variiert. Das Ausgangssignal der Detektorschaltung 96 wird über einen Verstärker 9^ in einen Analog-Digital-Umsetzer 98 eingespeist, der hier so aufgebaut ist, daß er einen Impuls erster Art jedesmals erzeugt, wenn ein vorbestimmtes Inkrement von Rückwärtsbewegung (in der Zeichnung von links nach rechts) des Kerns 93* also der Spindel 4, z. B. um 10"-^ mm, durch die Detektorschaltung 96 erfaßt wird, und einen Impuls zweiter Art jedesmal dann, wenn eine Vorwärtsbewegung (in der Zeichnung von rechts nach links) der Spindel 4 um dasselbe vorbestimmte Inkrement erfaßt wird. Diese Impulse verschiedener Arten werden - sobald sie erzeugt sind in einen umsteuerbaren Zweirichtungszähler 10 eingespeist und dienen als Hoch- bzw. Herunterzählsignal. Der Ausgang des Zählers

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10 ist mit einem Decodierer,verbunden, der eine Digitalanzeige ansteuert, die aus Segmenten einer Leuchtdiode,, eines Flüssigkristalls oder irgendeinem anderen elektrooptischen Anzeigesystem besteht. Da eine derartige Anzeigeeinrichtung., der Ansteuerdecodierer 11, der Zähler 10 und die Bauteile des Umformers für sich gut bekannt und kommerziell erhältlich sind, brauchen

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dazu keine näheren Erläuterungen gegeben zu werden. Zwischen dem Decodierer 11 und der Anzeigeeinrichtung 12 befindet sich ein Handschalter Ij5, der eine Betätigung der Anzeigeeinrichtung 12 in Abhängigkeit von einem Ausgangssignal vom Decodierer 11 gestattet. Es versteht sich, daß der Decodierer 11 wahlweise Segmente der Anzeigeeinrichtung 12 in einem Format betätigt, das durch das decodierte Signal bestimmt ist, das seinerseits durch den augenblicklichen Zählerstand des Zweirichtungszählers 10 entsprechend der momentanen Lage des Spindelendes 4a bestimmt ist.

Der Meßumformer wird von einer Stromquelle 14 gespeist, die üblicherweise eine Batterie ist. Ein Nullpunktstell-Impulsgenerator 15 erzeugt bei Berührung des Ambosses 3 durch die Spindel 4 ein Signal, das den Zähler 10 löscht. Ein Handschalter 16, der mit der Detektorschaltung 96 gekoppelt ist, löscht das an derselben Schaltung anliegende Analogsignal und dimit den Zähler 10, wenn die Messung an irgendeinem gewünschten Punkt als Nullpunkt, der von der Amboßfläche Ja entfernt ist, begonnen werden soll.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der Decodierer 11, der Zweirichtungszähler 10 und die elektronischen Stufendes Meßumformers 9, insbesondere der Oszillator 95* der Verstärker 94, die Detektorschaltung 96, der Verstärker 97 und der Analog-Digital-Umsetzer 98 im abgebildeten Ausführungsbeispiel, in Form eines integrierten Großschaltkreis-Moduls (LSI-Moduls) auf einem Substrat 17 ausgeführt und im Grundkörper la der Meßschraube geeignet abgedichtet untergebracht sind, wobei vorzugsweise die elektrooptische Anzeigeeinrichtung 12 ebenfalls vom gemeinsamen Substrat getragen ist und dabei selbstverständlich auch eine Ablesung gestattet. Durch Anwendung der LSI-Integrationstechnik ist eine standardisierte Massenfertigung von

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abstandsberechnenden und digitalen Anzeigeeinheiten möglich, die die gesamten Abmessungen und Kosten von Meßinstrumenten mit derartigen Einheiten vertretbar machen.

Beim Messen wird die Überwurfmutter 5 in einer ersten Richtung gedreht, um die Spindel 4 zum Amboß 3 zu bewegen. Wenn diese in Berührung unter einem geeigneten Anpreßdruck gebracht werden, der von der Ratsche 8 erzeugt wird, gibt der Impulsgenerator 15 einen Signalimpuls ab, so daß der Zweirichtungszähler 10 und damit sein Zählerstand gelöscht wird, um den Nullpunkt für eine folgende Messung einzustellen. Die Überwurfmutter 5 wird dann in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung gedreht, um die Spindelendfläche 4a von der Amboßfläche 3& so weit wegzubewegen, daß ein Prüfling J, dessen Dicke oder Außendurchmesser zu messen ist, geeignet dazwischen angeordnet werden kann. Die eine interessierende Fläche des Prüflings 7 wird in Anlage an die Amboßfläche 3a gehalten, und die Spindel 4 wird erneut zum Amboß 3 vorgedreht, bis eine Berührung zwischen der anderen interessierenden Fläche des Prüflings 7 und dem Spindelende 4a unter dem vorher bemerkten Anlagedruck erreicht wird. Dann wird der Schalter 13 geschlossen, damit die Anzeigeeinrichtung 12 auf das Ansteuersignal des Decodierers 11 ansprechen kann, der dadurch ausgewählte Anzeigesegmente erregt und somit aufleuchten läßt. Es ist ersichtlich, daß, selbst wenn der Schalter 13 nicht während der Messung geschlossen ist, bei der die Spindel 4 in der oben beschriebenen Weise hin- und herbewegt wird, ständig der momentane Abstand durch den Umformer 9i den Zweirichtungszähler 10 und den ansteuernden Decodierer 11 in der bereits erläuterten Weise berechnet wird.

Mit einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wie eben be-

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sehrieben und unter Verwendung einer Batterie von 7 V und 20 mA bei einer SpannungsSchwankung von - 1 % war es möglich, eine Meßgenauigkeit von 0,5 /um zu erreichen, welcher Wert beträchtlich besser ist als die üblicherweise .erzielbare Genauigkeit von größenordnungsmäßig 10 /um.

Obwohl die Erfindung eben anhand-der Beschreibung einer Meßschraube beispielsweise erläutert worden ist, versteht es sich, daß der Grundgedanke der Erfindung ebenso auf andere Abstandsmeßinstrumente anwendbar ist, z. B. Vanier-Taster, Loch- oder Bohrungstaster, Höhentaster, Tiefentaster und Mikroskope.

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Claims

- 7 Patentansprüche

Meßinstrument, mit einem Grundkörper, der eine erste Fläche und eine dagegen bewegliche zweite Fläche hat,

gekennzeichnet durch

eine elektrooptische Anzeigeeinrichtung (12) auf dem Grundkörper (la) zur numerischen Anzeige des Abstands zwischen den Flächen (3a,. 4a);

einen Meßumformer (9), der aufgrund der Relativbewegung zwischen den beiden Flächen (3a, 4a) Impulse entsprechend der bei der Relativbewegung zurückgelegten Strecke erzeugt; und

einen integrierten Großschaltkreis (LSI-Schaltkreis) am Grundkörper (la), wobei der integrierte Großschaltkreis mindestens einen Teil des Meßumformers,(9), einen mit diesem gekoppelten Zweirichtungszähler (10) zum Empfang von Ausgangsimpulsen des Meßumformers (9) und einen ansteuernden Decodierer (11) aufweist, der den Ausgang des ZweirichtungsZählers (10) mit der elektrooptischen Anzeigeeinrichtung (12) zur digitalen Anzeige des gemessenen Abstands verbindet.
2. Meßinstrument nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß der Meßumformer (9) aufweist:

eine Detektorschaltung (96) zur Erzeugung eines Analogsignals entsprechend dem Abstand zwischen den beiden Flächen (3a, 4a),

einen.Verstärker (97) zur Verstärkung des Analogsignals und

einen Analog-Digital-Umsetzer (98) zum Umsetzen des verstärkten Analog-Signals in eine digitale Folge von Impulsen, so daß jeweils ein Impuls bei Bewegung um ein vorbestimmtes Inkrement zwischen den beiden Flächen (3a, 4a) abgegeben wird,

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wobei die Detektorschaltung (96), der Verstärker (97) und der Analog-Digital-Umsetzer (98) zu dem integrierten Großschaltkreis gehören.
3. Meßinstrument nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,, daß der Analog-Digital-Umsetzer (.98) Hoch- und Herunterzählimpulse für den Zähler Γ10) entsprechend bestimmten Richtungen der Relativbewegung bei Erfassung durch die Detektorschaltung (96) abgibt.
4. Meßinstrument nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler :'1O) für eine Kullpunkteins teilung durch Berührung der beiden Flächen (3a, 4a) löschbar ist.
5. Meßinstrument nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Handschalter (13) zwischen dem ansteuernden Decodierer(11) und der elektrooptischen Anzeigeeinrichtung (12) zu deren Betätigung.

5. Meßinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrooptische Anzeigeeinrichtung (12) zu einem integrierten Großschaltkreis-Modul mit der integrierten Schaltung auf einem gemeinsamen Substrat (I7) gehört.

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