DE2519237A1 - Pneumatic multi-coordinate position detector - has spherical head probes each with boreholes having axes in three coordinate directions - Google Patents

Abstract

The pneumatic position detector is relevant to location finding in machine tools or other mechanical moving objects. A typical unit consists of a mounting shaft with its longitudinal axis collinear with a principal coordinate axis (Z) of the main assembly. In the plane orthogonal thereto are four symmetrically arranged spikes with spherical heads each containing three boreholes coaxial with one of the three main coordinate axes, (X1 Y1 Z1X2 ...from the shaft and also has three boreholes (X4, Y4, Z4). Each borehole cooperates with a common air flow duct so that pneumatic flow responses indicate the proximity of a locating face to one of the sensing holes.

Description

Pneumatischer Mehrkoordinaten-Wegaufnehmer Für bestimmte Aufgaben in der Fertigungsmeßtechnik sowie in der Steuerungs- und Regelungstechnik werden zum Antasten von Körperflächen Wegaufnehmer benötigt, die nacheinander oder auch gleichzeitig quantitative Längenänderungen in mehreren Koordinatenrichtungen aufnehmen und diese einem Meßwertumsetzer mit Anzeigegerät zuführen.Pneumatic multi-coordinate displacement transducer For certain tasks in production metrology as well as in control and regulation technology Displacement transducers are required for probing body surfaces, one after the other or also simultaneously record quantitative changes in length in several coordinate directions and feed them to a transducer with display device.

Es sind verschiedene mehrdimensionale Wegaufnehmer bekannt, bei denen die Längenänderungen vorwiegend von elektrischen Signal gebern (induktiv oder kapazitiv) aufgenommen werden. Da die Objekte mechanisch angetastet werden, muß das Tastelement des Wegaufnehmers gegenüber seiner Aufspannung beweglich angeordnet sein. Dies erfordert eine bewegliche Lagerung des Tastelementes (z. B. Blatt- oder Membranfeder, Wälz- oder Gleitlager, hydrostatische Lager, pneumatische Lager). Somit werden der Fertigungsaufwand und die geometrischen Abmessungen des Wegaufnehmers wesentlich von der Konstruktion dieser Lagerung bestimmt.Various multidimensional displacement sensors are known in which the changes in length mainly from electrical signal generators (inductive or capacitive) be included. Since the objects are touched mechanically, the feeler element of the displacement transducer can be arranged to be movable relative to its clamping. This requires a movable mounting of the probe element (e.g. leaf or diaphragm spring, roller or plain bearings, hydrostatic bearings, pneumatic bearings). Thus, the manufacturing effort and the geometrical dimensions of the displacement transducer largely depend on the design this storage determined.

Weiterhin sind pneumatische Wegaufnehmer bekannt, bei denen als Signalgeber Meßdüsen in verschiedenen Ebenen und Richtungen innerhalb eines Meßkopfes angeordnet sind. Die Düsen dieses Meßkopfes sind während der Messung alle gleichzeitig und unter etwa gleichen Bedingungen in Funktion, d. h. sie müssen den erforderlichen Abstand zu den Körperflächen des anzutastenden Gegenstückes haben, um jeweils Wegänderungen anzuzeigen. Da alle Meßdüsen meist von einem gemeinsamen Luftzuführungskanal gespeist werden, ergibt sich eine gemeinsame Meßwertanzeige, d. h. es wird nur der Mittelwert der Summe der Abstände zwischen den Meßdüsen und den zu messenden Körperflächen angezeigt (Beispiel Düsenmeßdorn).Furthermore, pneumatic displacement transducers are known in which as a signal transmitter Measuring nozzles arranged in different planes and directions within a measuring head are. The nozzles of this measuring head are all simultaneously and during the measurement in operation under roughly the same conditions, d. H. you need the required Have a distance to the body surfaces of the counterpart to be touched in order to change the path to display. Since all measuring nozzles are mostly fed from a common air supply duct there is a common measured value display, i. H. it just becomes the mean the sum of the distances between the measuring nozzles and the body surfaces to be measured is displayed (example: nozzle mandrel).

Es sind auch pneumatische Meßvorrichtungen bekannt, bei denen die Körperflächen mechanisch mittels Tastelement angetastet werden. Das Tastelement ist starr mit dem Tastkopf verbunden, beide sind jedoch gegenüber ihrer Aufspannung beweglich gelagert. Im Tastkopf befinden sich Prallplatten, vor denen Meßdüsen in entsprechendem Abstand angeordnet sind, so daß sich bei Wegänderungen des Tastkopfes die Abstände zwischen den Düsen und den Prallplatten ändern. Die dabei entstehenden Signale werden bei Vorhandensein mehrerer Düsen an jeweils mehreren unabhängigen Anzeigegeräten mit getrennter Luftzuführung aufgenommen und angezeigt.There are also pneumatic measuring devices are known in which the Body surfaces are touched mechanically by means of a feeler element. The tactile element is rigidly connected to the probe head, but both are opposite to their clamping movably mounted. There are in the probe head Baffle plates, in front which measuring nozzles are arranged at an appropriate distance, so that when changes in path of the probe head change the distances between the nozzles and the baffle plates. the The signals generated in the process are transmitted to several if there are several nozzles independent display devices with separate air supply recorded and displayed.

Es ist ein weiterer pneumatischer Wegaufnehmer bekannt, mit dem die Körperflächen in-beliebigen Koordinatenrichtungen einer Ebene mechanisch angetastet werden. Der Aufnahmeschaft wird als Luftzuführungsrohr verwendet, an dessen unterem Ende eine Kugel als Tastelement angeordnet ist. Die Kugel wird mittels Feder an die Abschlußkante der zylindrischen Bohrung des Schaftes gezogen, so daß die Kugel die Bohrung im Ruhezustand verschließt; die Kugel dient gleichzeitig als Prallplatte gegenüber der Düse. Bei Antastung einer Körperfläche in den genannten Koordinatenrichtungen wird die Kugel aus der Mittellage der Bohrung herausgekippt, wodurch ein sichelförmiger Spalt entsteht, der zur Abgabe von Signalen zu einem Meßwertumsetzer benutzt wird.Another pneumatic displacement transducer is known with which the Body surfaces mechanically probed in any coordinate directions of a plane will. The receiving shaft is used as an air supply tube, at the bottom of which The end of a ball is arranged as a probe element. The ball is attached by means of a spring the end edge of the cylindrical bore of the shaft pulled so that the ball the bore closes in the idle state; the ball also serves as a baffle plate opposite the nozzle. When probing a body surface in the coordinate directions mentioned the ball is tilted out of the central position of the bore, creating a sickle-shaped Gap arises, which is used to send signals to a transducer.

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein bisher nicht bekannter pneumatischer Wegaufnehmer beschrieben, der in mehreren senkrecht zueinander stehenden Koordinatenrichtungen arbeitet, die in mehreren senkrecht zueinander angeordneten Ebenen liegen können. Unter Verwendung des bekannten Systems Düse / Prallplatte" werden die Körperflächen definiert berührungslos angetastet. Beim Einstellen einer definierten Spaltbreite zwischen der Meßdüse und der Körperfläche wird als Ausgangsgröße ein der Längenänderung analoges Signal geliefert, das einem Meßwertumsetzer mit Anzeigegerät zugeführt wird. Die Wirkungsweise des pneumatischen Wegaufnehmers wird in Verbindung mit Bild 1 nachfolgend erläutert.With the present invention, a previously unknown pneumatic Described displacement transducer in several mutually perpendicular coordinate directions works that can lie in several mutually perpendicular planes. Using the well-known nozzle / baffle system "the body surfaces defined contactless touched. When setting a defined gap width between the measuring nozzle and the body surface is the change in length as the output variable analog signal supplied, which is fed to a transducer with display device will. The mode of operation of the pneumatic position transducer is shown in connection with Fig 1 explained below.

Mit dem unteren Ende eines Luftzuführungsrohres 1 ist eine Kugel 2 (oder ein Kegel, Würfel, Zylinder) fest verbunden, die gleichzeitig als Wegaufnehmer und Tastelement dient. Das Tastelement 2 ist mit mehreren gleichartigen Meßdüsen 3 (Bohrungen) versehen, deren Achsen so angeordnet sind, daß sie mit den gewählten Koordinatenrichtungen fluchten. Aus allen Meßdüsen 3 strömt durch das gemeinsam gespeiste Luftzuführungsrohr 1 ständig und gleichzeitig Druckluft aus. Zur Messung wird erstmals nur immer eine Meßdüse benutzt, deren Bohrungsachse senkrecht zu der jeweils zu messenden Körperfläche steht. Das Tastelement wird auf den erforderlichen Abstand der gerade im Einsatz befindlichen Meßdüse gegenüber der anzutastenden Körperfläche gebracht, um eine definierte Druckänderung zur Signalgewinnung zu erhalten. Aus den übrigen Meßdüsen kann die Luft weiterhin ungehindert ohne Druckänderung ausströmen.A ball 2 is attached to the lower end of an air supply pipe 1 (or a cone, cube, cylinder) firmly connected, which also act as a displacement transducer and probe element is used. The probe element 2 is equipped with several measuring nozzles of the same type 3 (holes) provided, the axes of which are arranged so that they are with the selected Coordinate directions are aligned. From all measuring nozzles 3 flows through the jointly fed air supply pipe 1 constantly and at the same time compressed air. For measurement For the first time ever, only one measuring nozzle is used, the bore axis of which is perpendicular to the respectively body area to be measured. The push button element is on the required distance from the measuring nozzle currently in use the body surface to be touched brought to a defined pressure change for signal generation to obtain. The air can continue to flow unhindered from the other measuring nozzles without a change in pressure emanate.

Die einzelnen Meßdüsen werden also stets einzeln und zeitlich nacheinander zur Messung (z. B. Nullindikation) herangezogen, d. h. auf den erforderlichen Abstand "Düse / Prallplatte" gebracht. Zur besseren Luftabfuhr sind an dem Tastelement im Bereich der Düsen Aussparungen vorgenommen worden.The individual measuring nozzles are therefore always individually and one after the other used for measurement (e.g. zero indication), d. H. to the required distance "Nozzle / baffle plate" brought. For better air removal are on the probe element in Area of the nozzles recesses have been made.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind folgende: a) der Wegaufnehmer hat kleine Abmessungen, weil keine Führungen und bewegliche Lagerungen notwendig sind.The advantages achieved with the invention are as follows: a) the displacement transducer has small dimensions because no guides or movable bearings are required are.

b) zur Meßwertanzeige der in den verschiedenen Koordinatenrichtungen angeordneten Meßdüsen wird nur ein einziger Meßwertumsetzer mit Anzei gegerät benötigt.b) to display the measured values in the various coordinate directions arranged measuring nozzles, only a single transducer with display device is required.

c) der pneumatische Wegaufnehmer ist für den Einsatz im rauhen Werkstattbetrieb geeignet (erschütterungsunempfindlich, kein Verschleiß, reinigende Wirkung an verschmutzten Meßflächen).c) the pneumatic position transducer is for use in rough workshop operation suitable (insensitive to vibrations, no wear and tear, cleaning effect on dirty Measuring surfaces).

Der erfindungsgemäße pneumatische Wegaufnehmer ist vorrangig für den Einsatz als Nullindikator auf Mehrkoordinatenmeßmaschinen und Werkzeugmaschinen geeignet.The pneumatic displacement transducer according to the invention is primarily for the Use as a zero indicator on multi-coordinate measuring machines and machine tools suitable.

Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: 1) Pneumatischer Mehrkoordinaten-Wegaufnehmer, dadurch gekennzeichnet, daß die in verschiedenen Koordinatenrichtungen wirkenden Meßdüsen eines Tastelementes durch eine gemeinsame Luftversorgung miteinander verbunden sind und daß während eines Meßvorganges stets nur eine Meßdüse zur Signalgewinnung benutzt wird (Bild 1).1) Pneumatic multi-coordinate displacement transducer, characterized in that that the measuring nozzles of a probe element acting in different coordinate directions are interconnected by a common air supply and that during Only one measuring nozzle is used for signal acquisition during a measuring process (Fig 1). 2) Pneumatischer Mehrkoordinaten-Wegaufnehmer, dadurch gekennzeichnet, daß Tastelemente nach 1) an Luftzuführungsrohren befestigt sind (Bild 2), wobei die Achsen der Luftzuführungsrohre und die Achsen der Meßdüsen zu den gewählten Koordinatenrichtungen fluchten.2) Pneumatic multi-coordinate displacement transducer, characterized in that that probe elements according to 1) are attached to air supply pipes (Figure 2), wherein the axes of the air supply pipes and the axes of the measuring nozzles to the selected ones Coordinate directions are aligned. L e e r s e i t eL e r s e i t e