DE3137682A1

DE3137682A1 - Tastmessgeraet

Info

Publication number: DE3137682A1
Application number: DE19813137682
Authority: DE
Inventors: Heinz Rieder; Max 5121 Ostermiething Schwaiger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-12-02
Filing date: 1981-09-22
Publication date: 1982-07-01
Also published as: DE3137682C2; CH656220A5; FR2495306A1; ATA586980A; FR2495306B1; AT377082B

Description

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Tastmeßgerät BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein Tastmeßgerät, mit einem den verstellbaren Teil einer Tiefen-, Höhen- oder Längenmeßeinrichtung bildenden, in seiner Längsrichtung verschiebbar geführten Tastbolzen, Taststift, Schneidstift od. dgl., der über eine Zugfeder im Ausschiebesinn vorbelastet ist, die beim Meßvorgang eine definierte Andrückkraft an ein Meßobjekt erzeugt und mit ihrem ersten Ende am Tastbolzen selbst oder einem mit ihm verbundenen Teil angreift.

Tastmeßgeräte sind unter anderem in Form sogenannter Meßuhren bekannt, wobei die Meßeinrichtung selbst sowohl als mechanische Meßeinrichtung mit einer die Bewegung des Tastbolzens od. dgl. vervielfachenden Übersetzung, als auch als digitale Meßeinrichtung ausgebildet sein kann. Im letzteren Fall kann unter anderem mit inkrementalen Maßstäben gearbeitet werden, wobei es prinzipiell gleichgültig ist, ob der Tastbolzen den Maßstab oder die zugehörige Abtasteinrichtung trägt. Bei den meisten verwendeten Meßgeräten trägt der Tastbolzen den Maßstab und die Abtasteinrichtung ist im MeGgerätgehäuse geschützt untergebracht. Man kann unter anderem Glasmaßstäbe und eine opto-elektronische Abtastung dieser Glasmaßstäbe mit mehreren Abtasteinheiten vorsehen und gegebenenfalls durch entsprechende Schaltungen eine weitere elektronische Unterteilung des Maßstabes vornehmen, so'daß Anzeigen bis in den Mikrometerbereich möglich sind. Der Vorteil der digitalen Meßgeräte besteht

! in einer übersichtlichen Anzeige und in der Möglichkeit,

■j die Meßsignale zu einer Zentralstelle zu übertragen, wo

¹ i sie nicht nur registriert, sondern auch nach verschiedenen

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^ä Gesichtspunkten weiter ausgewertet werden können. Bei-

\ spielsweise kann man bei Toleranzüberprüfungen d ie Außen-

\ maße von Werkstücken statistisch erheben und feststellen,

> ob die Fertigungstoleranzen mehr zum Übermaß oder mehr zum

*, · Untermaß tendieren und die Feinstellung der Bearbeitungs- \ ■ maschinen auf Grund dieser Ermittlungen vornehmen. ''" Für die Praxis ist die erzielbare hohe Anzeigege-

I nauigkeit nur dann interessant, wenn die tatsächlich erreichbare Meßgenauigkeit mit der Anzeigegenauigkeit vergleichbar ist. Für diese Meßgenauigkeit sind verschiedene Kriterien maßgebend. Vor allem muß darauf geachtet werden, •f daß der Tastbolzen möglichst genau in einem vorbestimmten

;^: Winkel, meist normal auf die Meßfläche geri chtet ist

• Ϊ und daß zum Meßzeitpunkt keine Seiten- oder Drehkräfte

I auf den Tastbolzen wirken. Diese Bedingungen lassen sich

·' '; durch entsprechende Ausrichtung des Meßgerätes und dall durch erfüllen, daß eine Abhebeinrichtung vorgesehen wird,

S mit deren Hilfe der Tastbolzen während der Relatiwer-

\ stellung des Werkstückes od. dgl. zum Meßgerät abgehoben

$ und erst zum Meßzeitpunkt vorsichtig auf das Werkstück ab-

$ gesenkt wird, wobei man dafür Sorge trägt, daß die Abhebeeinrichtung zum Meßzeitpunkt keinen Einfluß auf das Meß- \ system ausübt. Vorzugsweise werden ähnlich wie Drahtaus-

' löser für Kameras gebaute, auf Druckbetätigung ansprechende

Bowdenzüge verwendet, die über Hebel od. dgl. den Tastbolzen abheben.

^: Eines der wichtigsten Kriterien für die Meßgenauigkeit ist die Einhaltung einer bestimmten Andrückkraft des Tastbolzens an das Werkstück od. dgl. Wie schon er- \ wähnt wurde, wird diese Andrückkraft bisher mit Hilfe von

'? Zugfedern oder auch von Druckfedern erzeugt, die mit einem

_t. ) Ende am Tastbolzen seihst oder einem mit ihm starr ver-

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bundenden Teil angreifen und mit dem anderen Ende bei der bisherigen Ausführung an einem Festpunkt innerhalb des Gerätegehäuses oder des Geräteträgers verankert sind.· Damit ergibt sich bei der bisher bekannten Konstruktion eine mögliche Längenänderung der Feder, die gleich oder größer als der mögliche Verstellweg des Tastbolzens ist. Bei allen mechanischen Federn tritt in der Praxis auf Grund der Federkennlinie bei jeder Längenänderung auch eine Änderung der Federkraft auf. Diese Änderung der Federkraft läßt sich nur dadurch relativ klein halten, daß die Federfvorgespannt und die Längenänderung im Verhältnis zur Gesamtlänge der Feder klein gehalten wird. Diese Bedingungen lassen sich, insbesondere was die resultierende große Federlänge betrifft, bei Tastmeßgeräten in der Praxis kaum einhalten, da hier innerhalb des Meßgerätegehäuses zu wenig Platz vorhanden ist. Größenordnungsmäßig kann man sagen, daß man mit einer vorgespannten Feder dann etwa eine konstante Kraft erzeugen kann, wenn, die Längenänderung der Feder in einem unter ein Zehntel der Gesamtlänge der Feder liegenden Bereich bleibt. Bei üblichen Meßhüben der Tastbolzen in Tastmeßgeräten von 10 mm aufwärts käme man hier zu Federmindestlängen ab 100 mm. Dies übersteigt in den meisten Fällen die notweidigen bzw. üblichen Gehäuseabmessungen solcher Meßgeräte. Überdies werden entsprechend lange Federn schwingungs- und beschleunigungsempfindlich. Aus den angeführten Gründen ist man bisher gezwungen, kürzere Federn zu verwenden, wobei man bei der bekannten Anordnung die sich durch die Änderung der Meßkraft (Ausschiebekraft des Tastbolzens) ergebenden Meßfehler in Kauf nimmt.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Tastmeßgerätes der genannten Art, bei dem trotz der Verwendung relativ kurzer Federn die Erzeugung einer bestimmten, insbesondere nahezu oder völlig konstanten auf den Tast-

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bolzen od. dgl. wirkenden Ausschiebekraft möglich ist.

Bei einem Tastmeßgerät der genannten Art wird die gestellte Aufgabe/dadurch gelöst, daß das zweite Federende an einem um eine Achse bzw. ein Kipplager schwenkbaren Hebel od. dgl. angreift, der über einen Anschlag im Einschiebesinn auf den Tastbolzen bzw. einen mit diesem verstellbaren Teil drückt, wobei der Hebelarm bis zum Angriffspunkt der Feder kleiner als der Hebelarm bis zum Anschlag gewählt ist, so daß sich . •bei der Verstellung des Tastbolzens beide Federangriffspunkte etwa in gleicher Richtung verlagern, die Längenänderung der Feder nur einen Bruchteil des Verstellweges des Tastbolzens beträgt und die im Ausschiebesinn wirkende resultierende Federkraft vom Verhältnis der Hebelarme abhängt.

Der Begriff "Hebel" ist im geometrischen Sinn zu verstehen. Hinsichtlich der mechanischen Ausbildung kann es sich sowohl um einen Hebel als auch um eine Kurbelscheibe, ein Kurbelscheibensegment oder, wie noch näher erläutert werden wird, um eine Kurvenscheibe bzw. einen entsprechenden Teil einer solchen handeln, wobei in jedem Fall bezüglich., der Schwenkachse bzw. der momentanen Schwenkstellung zwei Hebelarme definiert werden. In den meisten Fällen wird man eine weitgehende Konstanthaltung der auf den Tastbolzen od. dgl. wirkenden Ausschiebekraft anstreben.und zu diesem Zweck das Verhältnis der Hebelarme so wählen, daß sich für den gesamten Ausschiebeweg des Tastbolzens eine geringe Längenänderung der Feder ergibt, wobei man selbstverständlich berücksichtigen muß, daß nur ein Bruchteil der von der Feder aufgebrachten Zugkraft tatsächlich im Ausschiebesinn des Tastbolzens zur Wirkung kommt. Man kann aber nach dem erfindungsgemüßen Konstruktionsprinzip unter Änderung des Verhältnisses der Hebelarme im Bedarfsfall auch nach bestimmten,

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von der Federkennlinie abweichenden Kennlinienkuven verlaufende Ausschiebekräfte erzeugen, die sich also mit der Relativlage des Tastbolzens nach der genannten Kennlinie ändern.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist mit dem Tastbolzen eine quer angeordnete, beispielsweise gleich als Verdrehungssicherung für den Tastbolzen ausgebildete Stützplatte verbunden, deren gegen das ausschiebbare Tastbolzenende weisende Seite eine Stützfläche für den Hebel bildet. Vorzugsweise wird die Anordnung ferner so gewählt, daß die beiden Angriffspunkte der Zugfeder in wenigstens einer möglichen Einschiebestellung des Tastbolzens od. dgl. auf der geometrischen Achse dieses Bolzens bzw. einer dazu parallelen Geraden liegen. Nach einer weiteren Möglichkeit ist die Schwenkachse des Hebels zwischen den beiden in den Extremstellungen des Tastbolzens od. dgl. durch die Stützfläche gehenden Norraalebenen auf die geometrische Achse des Tastbolzens angeordnet. Über die schon beschriebenen Möglichkeiten hinaus kann man bei der erfindungsgemäßen Ausbildung zur Erzielung einer bestimmten Kennlinie der Federresultierenden, beispielsweise zur Erzielung einer absolut konstanten Meßkraft unabhängig von der jeweiligen Einschiebestellung des Tastbolzens, sogar dadurch eine Veränderung des Verhältnisses der Hebelarme in Abhängigkeit von der Verstellung des Tastbolzens erzielen, daß der zur Anlage an der Stützfläche bestimmte Anschlag, beispielsweise zum Ausgleich der sich mit der Länge ändernden Federkraft, nach einer in verschiedenen Hebelschwenkstellungen verschiedene Hebelarmverhälthisse bestimmenden Kompensationskurve gewölbt ist. Ein entsprechender Effekt läßt sich auch dadurch erzielen, daß man ein Kipplager für den Hebel vorsieht, in dem der Auflagepunkt unter Änderung des Verhältnisses der Hebelarme mit der jeweiligen Schwenkstellung wechselt.

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Nach einer Möglichkeit ist der Hebel als rechtwinkelig' abgewinkelter Hebel ausgebildet, dessen von der Hebelachse weg führender Schenkel eine Angriffsstelle für eine Tasterbolzen-Abhebevorrichtung aufweist. Hier erfüllt der Hebel eine Doppelfunktion.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise veranschaulicht. Es zeigt Fig. 1 schematisiert in Ansicht ein erfindungsgemäßes

Tastmeßgerät, bei dem die Konturen in dünnen Linien und nur die für die Erfindung wesentlichen Teile in starken Linien dargestellt wurden, und Fig. 2 ein Strichdiagramm zur Veranschaulichung der verschiedenen geometrischen Verhältnisse und Kräfte in den zwei Extremstellungen des Tasterstiftes. Nach Fig. 1 ist ein Tastbolzen 1 in einer hier vertikal angeordneten Führungsbüchse 2 geführt, wobei der Tastbolzen innerhalb eines Meßgerätegehäuses 3 nach einer Ausführungsvariante einen Inkrementalmaßstab trägt, für den im Gehäuse 3 opto-elektronische Ableseeinrichtungen vorgesehen sind, die sowohl mit einer am Gehäuse vorgesehenen Anzeigeeinrichtung als auch über ein entsprechendes Mehrfachkabel mit einer zentralen Anzeige- und Auswerteeinheit verbunden sein kann. Das Tastmeßgerät kann auf einem Stativ gehalten sein. Die beschriebenen Meßeinrichtungen sind an und für sich bekannt. Erfindungsgemäß ist der Tastbolzen 1 innerhalb des Gehäuses mit einer normal zu seiner Achse angebrachten Stützplatte 4 verbunden, die einerseits mit einem Loch auf einem Bolzen 5 geführt ist und anderseits einen Bolzen 6 trägt, der in ein Loch einer Halterung 7 eingreift, so daß die Stützplatte 4 mit ihrer Führung 5, 6 eine Verdrehungssicherung für den Tastbolzen 1 bildet.

Starr mit der Stützplatte 4 ist ein oben abgewin-

kelter Träger 8 verbunden, an dem eine Einhängstelle 9 für das erste Ende einer Zugfeder 10 angebracht ist, deren zweites Ende an einer Einhängstelle 11 an einem rechtwinkelig abgewinkelten Hebel 12 angreift. Dieser Hebel 12 ist um eine Schwenkachse 13 schwenkbar gelagert. Er besitzt einen von der Schwenkachse nach unten gerichteten Vertikalarm 14 und einen horizontalen Arm 15, dessen freies Ende zu einem Zylinder bzw. einer Kugel verdickt ist, gegebenenfalls aber auch nach einer bestimmten Kurve gewölbt sein kann und einen Anschlag 16 bildet, der an der Unterseite 17 der Stützplatte 4anliegt. Im Schenkel 14 ist eine Eingriffsvertiefung 18 vorgesehen, die als Stütze für einen ausfahrbaren Stift einer ähnlich wie ein Drahtauslöser aufgebauten Abhebevorrichtung dient,, mit deren Hilfe der Hebel 12 verschwenkt und damit der Taststift in die Führung 2 eingeschoben werden kann. Die Feder 10 ist unter einer Vorspannung zwischen den Einhängestellen 9» angebracht.

Die Funktion wird nun im Zusammenhang mit Fig. 2 näher erläutert. In der Stellung nach Fig. 1, die der stark ausgezogenen Stellung nach Fig. 2 entspricht,zieht die Feder 10 mit der vollen Federkraft am Träger 8, so daß hier zunächst eine der vollen Federkraft entsprechende Kraftkomponente gegeben ist, die im Ausschiebesinn auf den Tastbolzen 1 wirkt. Entgegen dieser Kraft wirkt die vom zweiten Federende über den Hebel 12 erzeugte Kraft. Die Abmessungen des Hebels wurden mit a, b, c und e angegeben. Vereinfacht kann man sagen, daß die Fedar 10 um 13 ein Moment erzeugt, das dem Abstand von 11 und 13 und der momentanen Federkraft entspricht. Damit drückt der Anschlag 16 auf die Stützfläche 17 mit einer Kraft, die dem Abstand der Angriffsstelle von 16 an 17 von 13 zugeordnet ist und sich aus dem Verhältnis der beiden Hebelarme ergibt. Die Differenz aus der vollen Federkraft und der letzterwähnten, an der Angriffstelle entstehenden Kraft wirkt im Endeffekt im Ausschiebesinn auf den Tastbolzen 1.

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Wird der Tastbolzen 1 voll eingeschoben, so erreichen die Bauteile, die in Fig. 2 dünn eingezeichnete Stellung, für die die gleichen, aber mit einem Strich versehenen Bezugszeichen verwendet wurden. Der Hebel wird -dabei um den Winkele*, geschwenkt. Der Angriffspunkt 11 wandert also unter Ausübung einer Schwenkbewegung, wobei eine große Bewegungskomponente dieser Verstellbewegung in Einschieberichtung des Tastbolzens verläuft, so daß sich bei der Verstellung/nur eine Längenänderung χ der Feder 10 ergibt, die in Fig. 2 auf die Einschieberichtung des Tastbolzens reduziert dargestellt wurde.

Durch Änderung der Einhängestelle 11 am Hebel 12 kann das Verhältnis der wirksamen Hebelarme und damit bei den sonst gegebenen geometrischen Verhältnissen die Federlängung χ und die wirksame Federkraft verändert werden. Wenn das Gerät auch mit nach oben weisendem Tastbolzen verwendet werden soll, muß die resultierende Federkraft selbstverständlich größer als das den Tastbolzen im Einschiebesinn belastende Gewicht der mit ihm in Wirkverbindung stehenden beweglichen Teile gehalten sein.

Leerseite

Claims

PATENTANWALT DIPL.-PHYS. LUTZ H. PRÜFER · D-8OOO MÜNCHEN

HL 4-2236

Heinz Rieder, A-5121 Ostermiething, Österreich Max Schwaiger, A-5121 Ostermiething, Österreich

Tastmeßgerät

PATENTANSPRÜCHE

Tastmeßgerät mit einem den verstellbaren Teil "einer Tiefen- oder Längenmeßeinrichtung bildenden, in seiner Längsrichtung verschiebbar geführten Tastbolzen od. dgl., der über eine Zugfeder im Ausschiebesinn vorbelastet, die beim Meßvorgang eine definierte Andrückkraft an ein Meßobjekt erzeugt und mit ihrem ersten Ende am Tastbolzen selbst oder einem mit ihm verbundenen Teil angreift, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Federende an einem um eine Achse (13) schwenkbaren Hebel od. dgl. (12) angreift, der Über einen Anschlag (16, 1?) im Einschiebesinn auf den Tastbolzen (1) bzw. einen mit diesem verstellbaren Teil (4) drückt, wobei der Hebelarm (13 bis 11) bis zu diesem Angriffspunkt (11) der Feder (10) kürzer als der Hebelarm bis zum Anschlag (16, 17) gewählt ist, so daß sich bei der Verstellung des Tastbolzens beide Federangriffspunkte (9, 11) etwa in gleicher Richtung verlagern, die Längenänderung (X) der Feder nur einen Bruchteil des Verstellweges (s) des Tastbolzens beträgt und die im Ausschiebesinn wirkende resultierende Kraft vom Verhältnis der Hebelarme abhängt.

PATENTANWALT DIPL.-PHYB. UUTZ H. PRÜFER ■ D-ΘΟΟΟ MÜNCHEN Θ0 · WILLROIOERSTR. O · TEL. (OfW) B4OP4O
2. Tastmeßgerät nach Anspruch.1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Tastbolzen (1) eine quer angeordnete Stützplatte (4) verbunden ist, deren gegen das ausschiebbare Tastbolzenende weisende Seite (17) eine Stützfläche für den Anschlag (16) bildet.
3. .Tastmeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Angriffspunkte (9, 11) der Zugfeder (10) in wenigstens einer möglichen Einschiebestellung des Tastbolzens od. dgl. (1) auf der geometrischen Achse dieses Bolzens bzw. einer dazu parallelen Geraden liegen.
4. Tastmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß'die Schwenkachse (13) des Hebels (12) zwischen den beiden in den Extremstellungen des Tastbolzens od. dgl. durch die Stützfläche (17, 17¹) gehenden Normalebenen auf die geometrische Achse des Tastbolzens (i) angeordnet ist.
5. Tastmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Anlage an der Stützfläche (17) bestimmte Anschlag (16) zum Ausgleich der sich mit der Längung ändernden Federkraft nach einer in va?· schiedenen Hebelschwenkstellungen verschiedene Ifbelarmverhältnisse bestimmenden Kompensationskurve gewölbt ist.
6. Tastmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel als rechtwinkelig abgewinkelter Hebel ausgebildet ist, dessen von der Hebelachse (13) weg führender Schenkel (14) eine Angriffsstelle (18) für eine Tastbolzen-Abhebevorrichtung aufweist.