DE2935898A1

DE2935898A1 - Rotationstransduktor zur positionsmessung

Info

Publication number: DE2935898A1
Application number: DE19792935898
Authority: DE
Inventors: Robert Fivaz
Original assignee: Meseltron SA
Current assignee: Meseltron SA
Priority date: 1978-09-11
Filing date: 1979-09-05
Publication date: 1980-03-20
Also published as: DE2935898C2; CH626991A5

Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Rotationstransduktor zur Positionsmessung mittels Kontakt, bestehend aus einer Drehachse und einer Meßvorrichtung für den Drehwinkel der Drehachse, wobei die Drehachse an einem ihrer Enden einen starr damit verbundenen Arm aufweist.
Zweck der Erfindung ist die genaue Messung von sehr unterschiedlichen Durchmessern. Die Erfindung wird am häufigsten bei Zylinderschleifmaschinen zur Autokalibrierung verwendet.
Zum genauen Messen der Abmessungen von Werkstücken sind bereits Transduktoren bekannt, die von einem Meßkopf gebildet werden, der von zwei parallelen Lamellen getragen wird, so daß der Kopf parallel zu sich linear in bestimmten Grenzen verschiebbar ist. Die Bahn wird von einem beispielsweise kapazitiven oder induktiven Transduktor vermessen. Diese Art des Transduktors hat den Nachteil, daß Relativmessungen (oder Absolutmessungen, wenn zwei Transduktoren gleichzeitig einander gegenüberliegend verwendet werden) auf einer kleinen Skala oder in einem kleinen Meßbereich ausgeführt werden.
Außerdem ist hinsichtlich der Masse des Meßkopfs die Trägheit der Anordnung groß, wodurch die Häufigkeit von möglichen Messungen begrenzt ist.
Dieser Nachteil wird teilweise dadurch beseitigt, daß der Kopf von zwei gekreuzten Lamellen getragen wird. Der Meßkopf verschiebt sich dann auf einem Kreisbogen, der zum Schnittpunkt der Lamellen zentrisch ist. Diese Lösung verbessert die Größe des Bereichs in keiner Weise.
Bekannt sind weiterhin Rotationstransduktoren für die Messung von Positionen. Diese Transduktoren haben einen Arm, der starr mit einer Achse verbunden ist, die um sich selbst drehbar ist. Das freie Ende des Arms trägt den Taster, der für den Kontakt mit dem zu vermessenden Werkstück bestimmt ist. Die gemessene Position wird von dem Drehwinkel der Achse abgeleitet. Der große Bereich der Skala wird dann nur von der Länge des Arms begrenzt. Wenn der Transduktor zwei Arme aufweist, von denen jeder auf einer Drehachse angebracht ist, können absolute Entfernungen und nicht nur relative Positionen gemessen werden, die von der Winkeldifferenz zwischen den beiden Drehachsen abgeleitet werden können.
Im Falle des bekannten Rotationstransduktors mit zwei Armen ist die Achse des zu vermessenden Werkstücks parallel zu den Drehachsen. Dadurch messen die Taster den wahren Durchmesser des Werkstücks nur, wenn dieser Durchmesser annähernd gleich dem Abstand zwischen den beiden Drehachsen ist. Wenn die Abmessungen der Durchmesser beträchtlich vom Abstand zwischen den beiden Achsen abweichen, stellen die Taster den wahren Durchmesser des Werkstücks nicht mehr fest, sondern vermessen eine andere Sekante des Kreisprofils.
Um diesen Nachteil zu beseitigen, sind die bekannten Rotationstransduktoren für die Messung von Abständen auf einer radialen Translationseinrichtung so angeordnet, daß die Taster tatsächlich den wahren Durchmesser feststellen.
Die radiale Translationsvorrichtung erfordert mechanische Führungen und hochgenaue lineare Lager.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, die verschiedenen Nachteile zu vermeiden und eine radiale Translationsvorrichtung überflüssig zu machen, wobei gleichzeitig die Vorteile der Rotationstransduktoren beibehalten werden sollen, die in der geringen Trägheit und im breiten Meßbereich bestehen. Wenn indessen der Transduktor auf einer radialen Translationsvorrichtung angebracht wird, insbesondere um die Beschickung der Maschine zu erleichtern, ist das Maß des Durchmessers unabhängig von der Positionierungsgenauigkeit der Translationsvorrichtung.
Der erfindungsgemäße Rotationstransduktor zeichnet sich dadurch aus, daß ein zylindrischer Meßtaster an dem Arm befestigt ist, wobei die Mantellinien des Meßtasters parallel zu der Drehachse sind.
Die Erfindung bezieht sich auch auf Transduktoren mit einer Drehachse sowie zwei Drehachsen.
Im Falle von Transduktoren mit einer Drehachse mit einem Arm und einem Meßtaster wird das zu vermessende Werkstück mit seiner Achse so angeordnet, daß sie nicht parallel zu der des Tasters ist. Das Messen der Position mittels Kontakt wird somit nicht von der Positionierungsgenauigkeit des Werkstücks bezüglich des Transduktors beeinflußt, insofern offensichtlich die jeweiligen Niveaus konstant bleiben.
Im Falle von Transduktoren mit zwei Drehachsen mit zwei Armen und zwei Meßtastern, wird das Werkstück, dessen Durchmesser zu messen ist, in dem Transduktor so angeordnet, daß seine Achse in der Ebene senkrecht zu der Ebene liegt, die von den Drehachsen gebildet werden. Die zu den Drehachsen parallelen Meßtaster treten mit dem Werkstück nur über seinen Durchmesser in Kontakt.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Rotationstransduktor für die Positionsmessung, der gewöhnlich in Verbindung mit einer Zylinderschleifmaschine für die Autokalibrierung der bearbeiteten Werkstücke verwendet wird. Der Transduktor kann eine oder zwei Drehachsen haben, die jeweils einen Arm tragen, dessen Besonderheit darin besteht, daß sein freies Ende einen Meßtaster in Form eines Zylinders, vorzugsweise in Form eines Kreiszylinders, trägt, dessen Mantellinien parallel zur Drehachse sind. Auf diese Weise ist die Messung von Durchmessern der Werkstücke unabhängig von der Genauigkeit der relativen Positionierung des Transduktors bezüglich des Werkstücks.
Das Werkstück muß mit seiner Achse nicht parallel zu den Rotationsachsen sein. Dadurch entfallen die Anforderungen hinsichtlich der Genauigkeit, wie sie bei den linearen Lagern von radialen Translationsmechanismen erforderlich sind, die den Transduktor tragen.
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf einen Transduktor mit zwei Achsen. Von dieser Beschreibung läßt sich die Ausführungsform des Transduktors mit einer Achse ohne weiteres ableiten.
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 perspektivisch eine mögliche Ausführungsform eines Rotationstransduktors zum Messen von Positionen; und Fig. 2 einen Längsschnitt bzw. Querschnitt durch eine Variante der Vorrichtung zum Messen des Drehwinkels der Drehachse.
Das in Fig. 1 gezeigte abgedichtete Gehäuse 1 hat zwei Bohrungen mit Achsen 2 und 2', um welche ohne Spiel zwei Arme 3 und 3' verschwenkbar sind, die mit den Achsen starr verbunden sind. Die Achsen 2 und 2' werden von zwei Präzisionsdrehlagern geführt. Die beiden Meßtaster 4 und 4' sind ebenfalls starr mit den Armen 3 und 3' so verbunden, daß ihre Winkelbewegung genau übertragen wird. Die Taster sind parallel zu den Achsen 2 und 2'.
Das Werkstück 5 liegt mit seiner Achse 6 in einer Ebene senkrecht zu der Ebene, die von den beiden Drehachsen 2 und 2' gebildet wird. Somit folgen die Meßtaster dem Umriß des Werkstücks 5 nur längs seiner unterschiedlichen Durchmesser.
Die Achse 6 des Werkstücks 5 liegt in der Mittelebene der beiden Achsen 2 und 2'. Erforderlichenfalls kann die Achse 6 in einer unteren oder oberen Ebene liegen, die parallel zu der Mittelachse ist, wobei der maximale Abstand immer von der Länge der Arme 3 und 3' unter Berücksichtigung der Durchmesser des zu vermessenden Werk stücks 5 begrenzt ist.
Die Achse 6 kann auch irgendeine Ausrichtung in ihrer Ebene haben, wobei die theoretische Grenze eine Richtung parallel zu den Meßtastern 4 und 4' in dem Fall ist, in welchem die Achse 6 nicht genau in der Ebene liegt, die von den Achsen der Taster 4 und 4' gebildet wird. Die Taster 4 und 4' sind Zylinder, deren Leitlinie bzw. Direktrix irgendeine Kurve aufweisen kann. Die günstigste Form, die man den Meßtastern 4 und 4' geben kann, ist die eines Kreiszylinders. Somit ist der Abstand zwischen dem Kontaktpunkt und der Achse der Taster immer der gleiche, unabhängig von dem öffnungswinkel der Arme 3 und 3'.
Der Drehwinkel wird längs der Achsen 2 und 2' durch Einrichtungen 7 und 7' zum Messen des Winkels erfaßt. Diese Vorrichtungen bestehen entweder aus elektromagnetischen oder optischen oder anderen Einrichtungen. Von den elektromagnetischen Einrichtungen sind Drehkondensatoren oder Kondensatoren in Form einer Spezialplatte zu nennen, die die trigonometrische Funktion so korregieren, daß das Ausgangssignal als Funktion des Winkels linear ist.
Ein solcher Kondensator ist als Beispiel in Fig. 2 gezeigt. Dabei sind vier Plattenelektroden 20, 20', 21 und 21' in Form von Abschnitten eines Kreiszylinders vorgesehen.
Ein innerer metallischer hohler oder voller Zylinder 22 ist um seine Achse frei drehbar und direkt mit der Drehachse 2 verbunden. Der metallische Zylinder endet mit einer Kurve in der Oberfläche (je nachdem ob er hohl oder voll ist), die bezüglich einer Ebene in der Achse symmetrisch ist. Die dieser Kurve oder Fläche gegebene Form ist derart, daß das Signal am Ausgang des Kondensators linear mit dem Abstand der gemessenen Position bezüglich eines willkürlichen Bezugswertes ist. Bei einem Transduktor mit zwei Achsen ist das elektrische Ausgangssignal proportional zum gemessenen Durchmesser.
Wenn der erfindungsgemäße Rotationstransduktor zum Messen von Positionen auf einer radialen Translationsvorrichtung angebracht wird, so daß er sich in einer Richtung parallel zu den Drehachsen 2 und 2' verschiebt, läßt sich ohne Schwierigkeit feststellen, daß die Messung der Durchmesser unabhängig von der Genauigkeit der Positionierung der Vorrichtung ist, insofern die Meßtaster 4 und 4' die Durchmesser des Werkstücks 5 gut umfassen. Der zulässige Positionierungsfehler ergibt sich im großen und ganzen aus der Länge der Meßtaster 4 und 4'.
Wenn die beiden Achsen 2 und 2' unabhängig in zwei Gehäusen 1 und 1' angeordnet sind, die auf einem gemeinsamen Träger festgelegt sind, sieht man, daß die Gehäuse zueinander in einem einstellbaren Abstand festgelegt sind. Auf diese Weise kann die Skala der möglichen Messungen erweitert werden.
Der erfindungsgemäße Rotationstransduktor kann außer zum Messen von Durchnessern auch zum Messen jeder geometrischen Große dienen, wobei die Ebene des Werk stücks im Verlauf des Schleifens nicht von Bedeutung ist. Die geringe Trägheit bietet ein durchgehendes Band für eine Häufigkeit von relativ weiten Messungen. Das Feld der möglichen Messungen ist sehr groß und wird nur von der Länge der Arme 3 und 3' begrenzt. Leerseite

Claims

Rotationstransduktor zur Positionsmessung Patentansorüche 1. Rotationstransduktor zur Positionsmessung mittels Kontakt, bestehend aus einer Drehachse und einer Meßvorrichtung für den Drehwinkel der Drehachse, wobei die Drehachse an einem ihrer Enden einen starr damit verbundenen Arm aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß an diesem Arm ein zylindrischer Meßtaster (4) befestigt ist, dessen Mantellinien parallel zur Drehachse (2) sind.
2. Rotationstransduktor zur Positionsmessung mittels Kontakt, bestehend aus zwei Drehachsen und zwei Meßvorrichtungen für den Drehwinkel der Drehachsen, die jeweils an einem ihrer Enden einen starr damit verbundenen Arm tragen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß an jedem der Arme ein zylindrischer Meßtaster (4, 4') befestigt ist, dessen Mantellinien jeweils parallel zu den Drehachsen (2, 2') sind.
3. Rotationstransduktor nach Anspruch 1 oder 2, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Meßtaster (4) Kreiszylinder sind.
4. Rotationstransduktor nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Meßvorrichtungen (7) für den Drehwinkel von Kondensatoren gebildet werden, die ein elektrisches Signal als Funktion des Drehwinkels liefern und die so ausgelegt sind, daß das Signal proportional zum Abstand der gemessenen Position bezogen auf einen willkürlich gewählten Bezugswert ist.
5. Rotationstransduktor nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Kondensator (4) langgestreckte und gekrümmte Plattenelektroden (20, 20', 21, 21') aufweist, die so angeordnet sind, daß die vier Platten einen Kreiszylinder bilden, der längs der Mantellinien unterbrochen ist, und daß der Kondensator darüber hinaus einen metallischen Kreiszylinder (22) mit einem Durchmesser aufweist, der etwas kleiner als der des von den vier Platten gebildeten Zylinders und koaxial dazu ist, wobei der metallische Zylinder (22) starr mit der Drehachse (2) verbunden ist und sein freies Ende im Inneren des Kondensators von einer Fläche gebildet wird, die symmetrisch bezüglich einer Ebene in der Zylinderachse ist.
6. Rotationstransduktor nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß wenigstens eine der Drehachsen (2) nicht permanent auf einem Träger festgelegt ist, so daß sie durch Translation an verschiedenen Stellen bezogen auf die andere Drehachse angeordnet werden kann.
7. Verwendung des Rotationstransduktors zur Positionsmessung nach Anspruch 1 oder 2 zur Autokalibrierung auf einer Zylinderschleifmaschine.