DE2701377C2 - Längenmeßtaster mit steuerbar veränderlicher Meßrichtung - Google Patents
Längenmeßtaster mit steuerbar veränderlicher MeßrichtungInfo
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Description
ebene hohlförmige Werkstückkonturen ausmessen
kann, die kleiner sind als der gesamte Meßtaster.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem in der Meßebene Hegenden Tasthebel mit kreisförmig
ausgebildetem, am zu messenden Werkstück anliegenden Tastende gelöst, der erstens in einem zweiwertigen
Gelenk unmittelbar am Meßkopf gelagert ist, welches eine Verschiebung des Tastendes in der Meßebene in
bliebiger Richtung zuläßt, der zweitens mit seinem anderen Ende an einer Geradführung angelenkt ist, die
ihrerseits auf einer Scheibe sitzt und um eine senkrecht
zur Meßebene stehende Achse um beliebige Winkel
drehbar am Meßköpf befestigt ist, und dar drittens an
seinem Anlenkpunkt mit einer Meßkraft beaufschlagt ist, die in Richtung der Geradführung wirkt, wobei die
Verschiebung des Anlenkpunktes mit einem an der Scheibe befestigten Wegaufnehmer meßbar ist
Die Wirkungsweise des beanspruchten Längen-Meßt&sters besteht darin, daß sich bei Drehung der
Geradführung die Meßrichtung am Hieisförmigen Tasteride gleichsam um eine Achse senkrecht zur
Meßebene dreht, die durch den Mittelpunkt des Tastendes in seiner Nullago geht Es muß also nicht
mehr der gesamte Taster in die gewünschte Meßrichtung gedreht werden. Daher kann das Tastende und
damit die Drehachse nun ohne Platzschwierigkeiten in das zu prüfende Lückenprofil geschoben werden,
erforderlichenfalls sogar bis in den Grund. Die übrigen Elemente des erfindungsgemäßen Tasters liegen außerhalb des Lückenprofils, aber in unmittelbarer Nähe der
Meßebene, in der der Tasthebel liegt Daraus ergibt sich ein stabiler und relativ zur Meßaufgabe einfacher
Aufbau.
Beim Prüfvorgang fährt der Zweikoordinaten-Meßkopf in bekannter Weise programmgesteuert Punkt für
Punkt einer Bezugskurve ab. Dabei dreht vorzugsweise ein Schrittmotor die Geradführung nach einer in das
zugehörige Programm einzugebenden Gesetzmäßigkeit jeweils so, daß sich die geforderte Meßrichtung am
Tastende einstellt Im allgemeinen muß in jedem Punkt senkrecht zum Sollprofil gemessen werden.
Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Meßtasters sieht vor, daß bei unausgelenktem Tasthebel
sein Anlenkpunkt in der Geradführung mit der Drehachse der Geradführung zusammenfällt Beim
Abfahren eines Prüflings mit fehlerfreiem Profil verschiebt sich demnach der Tasthebel trotz Drehung
der Geradführung, also wechselnder Meßrichtung, nicht aus seiner NuKage, und es können daher auch keine
Abweichungen angezeigt werden. Die abzufahrende Bezugskurve ist dann die Äquidistante zum Sollprofil.
Diese ergibt sich aus dem Radius des kreisförmigen Tastendes und kann durch die Programmsteuerung des
Zweikoordinaten-Meßkopfes ohne weiteres verwirklicht werden.
Beim Abfahren eines fehlerhaften Profils muß sich das Tastende in Meßrichtung verschieben, um in
ständiger Anlage mit dem Prüfling zu bleiben. Dazu muß sich der Anlenkpunkt des Tasthebels in Richtung der
Geradführung aus seiner Nullage verschieben. Das ist erfindungsgemäß besonders vorteilhaft gelöst, weil
trotz beliebiger Drehstellung der Geradführung die Meßkraft immer in Bewegungsrichtung des Tasthebel-Anlenkpunktes innerhalb der Geradführung auf den
Tasthebel wirkt.
Da der Betrag der Verschiebung des Anlenkpunktes in der Geradführung bei weiterer Ausgestaltung des
erfindungsgemäßen Längenmeßtasters gleich ist dem
Meßausschlag des Tastendes, kann er unmittelbar in der
Geradführung gemessen werden, wozu sich die bekannten berührungslosen induktiven oder digitalen
Wegaufnehmer einsetzen lassen.
Für die Ausbildung des zweiwertigen Gelenks sind zwei unterschiedliche Lösungen vorgesehen. Die erste
geht davon aus, daß das zweiwertige Gelenk ein Dreh-Schub-Gelenk ist dessen Drehachse senkrecht
zur Meßebene zwischen der Geradführung und dem
ίο Tastende angeordnet ist, und dessen Schubachse mit der
Verbindungslinie zwischen dem Anlenkpunkt in der Geradführung und dem Mittelpunkt des Tastendes
zusammenfällt Der in der Meßebene liegende Tasthebel folgt dann in seiner Kinematik im wesentlichen den
Gesetzen eines zweiarmigen Hebels. Zwischen der Meßrichtung am Tastende und dem zugehörigen
Drehwinkel der Geradführung besteht also der Zusammenhang, daß von einer gemeinsamen Bezugsrichtung aus die Winkel entgegengesetzt gleich sind.
Bei weiterer vorteilhafter Ausgestaltung dieser ersten Lösung ist die Länge des Tasthebels zwischen dem
Anlenkpunkt in der Geradführung und dem Mittelpunkt des Tastendes doppelt so groß wie der Abstand
zwischen der Drehachse der Geradführung und der
In jeder Meßrichtung ist dann der Meßausschlag des Tastendes gleich der Verschiebung des Anlenkpunktes
in der Geradführung. Die geringen Abweichungen, die sich dadurch ergeben, daß sich das Tastende nicht
immer exakt auf einer Geraden in Meßrichtung bewegt und daß das Hebelverhältnis nicht genau 1 :1 bleibt sind
vernachlässigbar, da von der Anwendung des erfindungsgemäßen Längenmeßtasters her der maximale
Meßausschlag sehr klein gegenüber der Länge des
Bei der zweiten Lösung ist das zweiwertige Gelenk als Kreuzführung ausgebildet Sie bewirkt, daß sich der
Tasthebel in der Meßebene nur parallel zu sich selbst verschieben kann. Die Richtung der Verschiebung, also
die Meßrichtung, ist bei dieser Lösung gleich der Richtung der Geradführung. Ebenso muß auch der
Betrag des Meßausschlages immer exakt gleich der Verschiebung des Anlenkpunktes in der Geradführung
sein.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der zweiten Lösung sieht vor, daß bei unausgelenktem Tasthebel sein
Anlenkpunkt in der Geradführung nicht mit der Drehachse zusammenfällt sondern um den Betrag des
Radius seines kreisförmig ausgebildeten Tastendes
so versetzt dazu angeordnet ist, und zwar genau entgegengesetzt zur Richtung der Meßkraft. Diese
Maßnahme bewirkt, daß die vom Zweikoordinaten-Meßkopf abzufahrende Bezugskurve unmittelbar dem
Sollprofil entspricht und daß nicht auf eine Äquidistante
umgerechnet werden muß.
Die zweite Lösung kann schließlich noch so weitergebildet sein, daß die drehbare Geradführung und
die Kreuzführung in Ebenen parallel zur Meßebene übereinander angeordnet sind, so daß bei unausgelenk-
tem Tasthebel sein Anlenkpunkt über dem Kreuzungspunkt der Kreuzführung liegt
Damit ergibt sich der große Vorteil, daß bei gleicher Baugröße des Meßtasters das Drehmoment, das
aufgrund er Meßkraft am Tasthebel wirkt, über große
hi Fünrungslängen abgestützt werden kann. Außerdem
läßt sich mit dieser Maßnahme eine bessere Übertragung in den bewegten Meßgliedern erreichen, weil eine
gewisse Reibung in den Führungen unvermeidlich ist,
die Meßkraft aber zentral dazu angreift.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen noch näher erläutert. Dabei handelt es
sich um schematische Darstellungen der wichtigen Funktionselemente, die konstruktiv nach den Erfordernissen
der Meßtechnik anders auszubilden sind, wie zum Beispiel die Meßuhr, die als Symbol für einen
Wegaufnehmer dient, oder die Lagerungen und Führungen, die spielfrei und reibungsarm sein müssen.
Es zeigt
Fig. 1 schematische Darstellungeines Längenmeßtasters
mit Dreh-Schub-Gelenk,
F i g. 2 schematische Darstellung eines Längenmeßtasters mit Kreuzführung,
F i g. 3 schematische Darstellung eines Längenmeßtasters gemäß Fig.2, jedoch mit Überlagerung von
Kreuzführung und drehbarer Geradführung.
In F i g. 1 ist - wie auch in den übrigen Figuren - die Zeichenebene gleich der Meßebene des Längenmeßtasters,
deren Neigung in bekannter Weise durch die Bewegungsmöglichkeiten des Zweikoordinaten-Meßkopfes
vorgegeben wird. Ein in dieser Meßebene liegender Tasthebel 1 mit kreisförmig ausgebildetem
Tastende 2 ist in einem zweiwertigen Gelenk 3 auf einer Grundplatte 10 gelagert, die starr an dem nicht weiter
dargestellten Meßkopf befestigt ist. Das zweiwertige Gelenk 3 ist ein Dreh-Schub-Gelenk, weil der Tasthebel
1 von einem Gelenkstück 9 geführt wird, das eine Verschiebung des Tasthebels in der Meßebene entlang
der Achse 8 zuläßt und das sich selbst in der Grundplatte 10 drehen kann, wobei die Drehachse 7 auf der
Meßebene senkrecht steht. Der Tasthebel 1 ist außerdem im Anlenkpunkt 6 drehbar an einer Stange 11
befestigt. Sie bildet zusammen mit Lagerhülsen 12, 13 eine Geradführung 4 und sitzt auf einer Scheibe 14, die
um eine zur Meßebene senkrechte Achse 5 drehbar auf der Grundplatte 10 gelagert ist Eine Druckfeder 15
zwischen der Lagerhülse 13 und einem Bund an der Stange 11 erzeugt eine Meßkraft in Richtung der
Geradführung 4. Die Verschiebung der Stange 11 wird mit einer Meßuhr 16 gemessen, die ebenfalls an der
Scheibe 14 befestigt ist.
Außer dem Längenmeßtaster ist in der F i g. 1 das Istprofil 17 eines Werkstückes abgebildet, an dem das
Tastende 2 anliegt. Da das Istprofil 17 an dieser Stelle vom Sollprofil 18 abweicht, hat sich das Tastende 2 in
Meßrichtung um den Meßausschlag 20 aus seiner Nullage 21 verschoben. Die geforderte Meßrichtung ist
hier gegeben durch die Normale 22 zum Sollprofil 18 und bildet mit einer Bezugsrichtung 23 den Winkel λ.
Am Längenmeßtaster ist die Meßrichtung durch Drehung der Scheibe 14 mit der Geradführung 4 um den
Winkel — * von der Bezugsrichtung 23 eingestellt worden. Zum Meßausschlag 20 gehört eine gleich große
Verschiebung 24 der Stange 11, die an der Meßuhr 16 abzulesen ist. Um zum nächsten Meßpunkt zu gelangen,
verfährt der Zweikoordinaten-Meßkopf und damit der Mittelpunkt des Tastendes 2 entlang der Äquidistanten
19 zum Sollprofil 18. Gleichzeitig wird die Scheibe 14 entsprechend der neuen Meßrichtung gedreht. Dieser
Funktionsablauf zeigt, wie mit einem erfindungsgemäßen Längenmeßtaster mit steuerbar veränderlicher
ίο Meßrichtung in Verbindung mit bekannten elektronischen
Hilfsgeräten eine Profilmessung einfach und sicher durchgeführt wird.
In F i g. 2 ist ein Längenmeßtaster dargestellt, bei dem gegenüber F i g. 1 das zweiwertige Gelenk 3 als
Kreuzführung ausgebildet ist. Der Tasthebel 1 wird in einem Gelenkstück 25 geführt, das wieder eine
Verschiebung des Tasthebels in der Meßebene entlang der Achse 8 zuläßt, das sich aber auf der Grundplatte 10
selbst noch entlang einer Achse 26 verschieben kann, die in der Meßebene liegt und senkrecht zur Achse 8
verläuft. Außerdem fällt in der Nullage 21 des Tasthebels 1 sein Anlenkpunkt 6 nicht mit der
Drehachse 5 von Scheibe 14 zusammen, sondern ist um den Betrag des Radius seines kreisförmig ausgebildeten
Tastendes 2 versetzt dazu angeordnet
Daraus folgt, daß jede Verschiebung des Tasthebels parallel zu seiner Nullage 21 erfolgt, daß die
Meßrichtung am Tastende 2 gleich ist mit der Richtung der Geradführung 4, daß die Länge des Tasthebels 1
keinen Einfluß auf die Messung hat und daß in diesem Fall der Meßkopf das Sollprofil abfahren muß, damit bei
unausgelenktem Tasthebel der momentane Berührungspunkt am Tastende auch das Sollprofil beschreibt
Bei dem Längenmeßtaster nach Fig.3 ist der Tasthebel 1 starr an einem ersten Schlitten 30 befestigt, der sich in Richtung der Achse 8 in einem zweiten Schlitten 31 verschieben läßt Dieser zweite Schlitten läuft entlang der Achse 26, senkrecht zum ersten Schlitten und ebenfalls in einer Ebene parallel zur Meßebene, auf der mit entsprechenden Führungen 32 versehenen Grundplatte 10. An der Grundplatte ist wieder, in diesem Fall von unten, die drehbare Geradführung 4 befestigt Der Tasthebel 1 ist mit der Stange 11 der Geradführung durch einen Bolzen 33 verbunden, weshalb der Schlitten 31 und die Grundplatte 10 entsprechende Durchbrüche 34,35 aufweisen.
Bei dem Längenmeßtaster nach Fig.3 ist der Tasthebel 1 starr an einem ersten Schlitten 30 befestigt, der sich in Richtung der Achse 8 in einem zweiten Schlitten 31 verschieben läßt Dieser zweite Schlitten läuft entlang der Achse 26, senkrecht zum ersten Schlitten und ebenfalls in einer Ebene parallel zur Meßebene, auf der mit entsprechenden Führungen 32 versehenen Grundplatte 10. An der Grundplatte ist wieder, in diesem Fall von unten, die drehbare Geradführung 4 befestigt Der Tasthebel 1 ist mit der Stange 11 der Geradführung durch einen Bolzen 33 verbunden, weshalb der Schlitten 31 und die Grundplatte 10 entsprechende Durchbrüche 34,35 aufweisen.
Entscheidend ist bei dieser Ausführung, daß das zweiwertige Gelenk, welches als Kreuzführung von den
beiden Schlitten 30, 31 gebildet wird, über der Geradführung liegt und der Kreuzungspunkt der
Achsen 8 und 26 mit dem Bolzen 33 zusammenfällt, wenn sich der Tasthebel in seiner Nullage 21 befindet.
Claims (8)
1. Längenmeßtaster mit steuerbar veränderlicher
Meßrichtung für Zweikoordinaten-Meßköpfe gekennzeichnet durch einen in der Meßebene
liegenden Tasthebel (1) mit kreisförmig ausgebildetem, am zu messenden Werkstück anliegenden
Tastende (2), der erstens in einem zweiwertigen Gelenk (3) unmittelbar am Meßkopf (10) gelagert ist
welches eine Verschiebung des Tastendes (2) in der Meßebene* in beliebiger Richtung zuläßt, der
zweitens mit seinem anderen Ende (6) an einer Geradführung (4) angelenkt ist, die ihrerseits auf
einer Scheibe (14) sitzt und um eine senkrecht zur Meßebene stehende Achse (5) um beliebige Winkel
drehbar am Meßkopf (10) befestigt ist, und der drittens an seinem Anlenkpunkt (6) mit einer
Meßkraft (15) beaufschlagt ist, die in Richtung der Geradführung wirkt, wobei die Verschiebung des
Anlenkpunktes (6) mit einem an der Scheibe (14) befestigten Wegaufnehmer (16) meßbar ist
2. Längenmeßtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß für die Drehung der Geradführung (4) ein programmgesteuerter Schrittmotor
vorgesehen ist
3. Längenmeßtaster nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß bei unausgelenktem
Tasthebel (1) sein Anlenkpunkt (6) an der Geradführung (4) mit der Drehachse (5) der Geradführung
zusammenfällt
4. Längenmeßtaster nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß das zweiwertige
Gelenk (3) ein Dreh-Schub-Gelenk ist dessen Drehachse (7) senkrecht zur Meßebene zwischen
der Geradführung (4) und dem Tastende (2) angeordnet ist und dessen Schubachse (8) mit der
Verbindungslinie zwischen dem Anlenkpunkt (6) an der Geradführung und dein Mittelpunkt des
Tastendes (2) zusammenfällt
5. LängenmeBtaster nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des
Tasthebels (1) zwischen dem Anlenkpunkt (6) an der Geradführung und dem Mittelpunkt des Tastendes
(2) doppelt so groß ist wie der Abstand zwischen der Drehachse (5) der Geradführung (4) und der
Drehachse (7) des Dreh-Schub-Gelenks (3).
6. Längenmeßtaster nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß das zweiwertige
Gelenk (3) als Kreuzführung (25) ausgebildet ist
7. Längenmeßtaster nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei unausgelenktem Tasthebel
(1) sein Anlenkpunkt (6) an der Geradführung (4) nicht mit deren Drehachse (5) zusammenfällt
sondern um den Betrag des Radius seines kreisförmig ausgebildeten Tastendes (2) versetzt dazu
angeordnet ist, und zwar entgegengesetzt zur Richtung der Meßkraft (15).
8. Längenmeßtaster nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet daß die drehbare Geradführung (4) und die Kreuzführung (30,31) in Ebenen
parallel zur Meßebene übereinander angeordnet sind, so daß bei unausgelenktem Tasthebel (1) sein
Anlenkpunkt (33) über dem Kreuzungspunkt der Kreuzführung liegt.
Die Erfindung betrifft einen Längenmeßtaster mit steuerbar veränderlicher Meßrichtiing für ZweikoordinatenMeßköpfe.
lyfit derartigen Einrichtungen wird ein Meßsignal
s erzeugt, dajs an jeder Stelle proportional ist den
Abwiachuiigen zwischen einer ebenen Bezugskurve und
einer Pruflingskontun Dazu fährt der Meßkopf üi
bekannter Weise die Bezugskurve ab, während das Tastende des Längenmeßtasters durch eine Meßkraft in
ίο ständiger Anlage an den Prüfling gehalten wird.
Insbesondere werden so unmittelbar die Maßabweichungen zwischen einer SoU-PröfUform und der
Ist-Profilfonn eines Werkstückes gemessen. Die Meßrichtung des Längenmeßtasters muß dabei steuerbar
veränderlich sein, wenn die Abweichungen an jedem
beliebig gekrümmten Profil nach einer bestimmten
Gesetzmäßigkeit zum Beispiel immer senkrecht zum
Sollprofil erfaßt werdensollen.
Diese Einrichtungen sind zu unterscheiden von jenen,
deren Meßkopf statt des Sollprofils selbsttätig dem
IstprÖfil aiii Prüfling folgt und dieses dabei koordinatenmäßig erfaßt Die Maßabweichungen werden dann
rechnerisch gegenüber dem gespeicherten Sollprofil ermittelt öer dabei eingesetzte Taster dient lediglich
als Fühlglied für die notwendige Folgesteuerung des
Meßkopfes. Er gibt jeweils so lange ein Signal, bis der
Meßkopf mit seinem Bezugspunkt das Istprofil erreicht
hat
Es sind Meßeinrichtungen gemäß dem Oberbegriff
der Erfindung bekannt die beim Abfahren des Sollprofils einen einfachen Wegaufnehmer mittels
Kurvensteuerung ständig in die gewünschte Meßrichtung drehen. Nachteilig ist daß hierfür sehr genaue
Meisterkurven erforderlich sind, die für jedes Meßpro
blem mit großem Aufwand neu erstellt werden müssen.
Ferner gibt es Meßköpfe, insbesondere an großen Meßmaschinen, die sich steuerbar um eine Achse
drehen können. Wird an ihnen ein einfacher Längenmeßtaster befestigt läßt sich beim Abfahren einer
Kontur in der zugehörigen Ebene senkrecht zur Drehachse jede gewünschte Meßrichtung ansteuern.
Abgesehen von dem sehr großen Aufwand solcher Anlagen kann dieser Meßaufbau in folgenden Fällen
nicht angewendet werden: Sollen kleine, im wesentli
chen hohle Werkstückkonturen wie Zahnlücken oder
Nutprofile vollkommen ausgemessen werden, ändert sich die Meßrichtung über einen sehr großen Bereich,
und die Drehachse des Meßkopfes müßte dicht an das Lückenprofil heran- oder sogar hineingebracht werden.
Diese Forderung ist aus Platzgründen grundsätzlich nicht zu erfüllen, wenn sich der ganze Taster in der
Meßebene befindet, weil er dann wesentlich kleiner sein müßte als das zu messende Lückenprofil. Häufig wird
daher in solchen Fällen ein Winkeltaster eingesetzt der
nur mit seinem Tastende in die Meßebene hineinragt
oder es wird ein Hebel zwischengeschaltet um mit dem Taster in eine Parallelebene zur Meßebene auszuweichen. Aber auch diese Lösungen sind unbrauchbar, wenn
sich das Werkstückprofil senkrecht zur Meßebene sehr
weit erstreckt, so das der Meßaufbau zu labil würde und
die gewünschte Meßsicherheit nicht zu erreichen ist, oder wenn das Profil in der genannten Richtung gar
nicht zugänglich ist, weil es beispielsweise sehr stark verwunden ist.
b5 Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
einen Längenmeßtaster mit steuerbar veränderlicher Meßrichtung zu entwickeln, der im wesentlichen in der
Meßebene anzuordnen ist und in einem Meßvorgang
Priority Applications (4)
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Family Applications (1)
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Date | Code | Title | Description |
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EGA | New person/name/address of the applicant |