DE3325287A1

DE3325287A1 - Verfahren zur messung von abstaenden und/oder zur konturerfassung von messobjekten, messgeraet und anwendung dieses verfahrens

Info

Publication number: DE3325287A1
Application number: DE19833325287
Authority: DE
Inventors: Peter Fred Willi Heinrich Dr.rer.nat 4300 Essen Klein
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1983-07-13
Filing date: 1983-07-13
Publication date: 1985-01-31
Also published as: DE3325287C2

Description

Anordnung zum Registrieren eines Kontaktes zwischen
einem Meßtaster und einem Objekt Die Erfindung betrifft eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Der Kontaktzustand zwischen einem Meßtaster und einem Objekt bzw. der Kontaktzustand des elektrischen Schaltgliedes in dem Meßtaster wird im allgemeinen direkt abgefragt. Muß der Meßtaster bzw. dessen Taststift, wie z.B. bei NC-Werkzeugmaschinen auf einem Revolverkopf gedreht oder von diesem abgezogen werden, um andere Werkzeuge zum Einsatz zu bringen, so ist eine berührungslose Übertragung der Information über den Kontaktzustand des Schaltgliedes im Meßtaster bis zu einer Stelle im feststehenden Maschinenteil erforderlich.
Nach dem Stand der Technik werden hierzu gekoppelte Spulen eingesetzt (vgl. z.B. DE-OS 23 41 251), wobei die mit dem Meßtaster verbundene Spule der am festen Maschinenteil befindlichen Ankoppelspule Energie nur bei geschlossenem Kontakt entzieht. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die Signalübertragung bei solchen induktiven Übertragungssystemen durch induzierte Spannungen gestört wird und zum Teil zu erheblichen Meßfehlern führt. Die Anordnung wird noch störanfälliger und aufwendiger, wenn mehr als eine Trennstelle erforderlich ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zum berührungslosen Registrieren eines Kontaktes zwischen einem Meßtaster und einem Objekt anzugeben, das die obengenannten Nachteile nicht besitzt und mit technisch einfachen Mitteln herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Der Meßtaster ist über ein Schaltglied mit einem Stromkreis verbunden, in dem eine eine Gleichrichterdiode und ein dazu parallel geschaltetes Element aufweisende Modulatoreinheit vorgesehen ist. Die Gleichrichterdiode befindet sich innerhalb des Mikrowellenhohlleiters und ist mit einem Abstand an dessen einem Ende angeordnet.
Elektrisch ist die Gleichrichterdiode mit ihrer Anode unmittelbar und mit ihrer Kathode über einen Glättungskondensator mit dem Hohlleiter verbunden. Am anderen Ende des Hohlleiters ist eine Mikrowellen-Sende-Empfangseinheit angeordnet, die eine Mikrowelle in den Hohlleiter abstrahlt. Der Hohlleiter ist als Resonator ausgebildet, so daß die abgestrahlte Mikrowelle reflektiert und von der Sende-Empfangs-Einheit detektiert werden kann. Die Gleichrichterdiode und ggf. das parallel geschaltete Element modulieren nach Änderung des Schaltzustandes in dem Stromkreis, in dem sie sich befinden, die Mikrowelle. Die Mikrowellenmodulation ist in der Sende-Empfangs-Einheit meßbar. Die durch die Sende-Empfangs-Einheit im Hohlleiter erzeugte stehende Welle wird bei geschlossenem Stromkreis von der Gleichrichterdiode nicht gestört. Erst bei Unterbrechung des Stromkreises, d.h. beim öffnen des Schaltgliedes bzw. Kontaktierung des Meßtasters mit einem Meßobjekt erzeugt die Gleichrichterdiode eine Spannung, die bei Verwendung einer Pin-Diode gemäß Anspruch 2 ein Überschreiten der Durchlaßspannung bewirkt und infolgedessen zu einer Dämpfung der Mikrowelle führt. Diese Dämpfung ist durch Änderung der Versorgungsspannung an der Sende-Empfangs-Einheit detektierbar. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß sie gegenüber induzierten Spannungen unempfindlich ist.
Der Hohlleiter kann, wie dies z.B. bei einer Werkzeugmaschine mit einem schaltbaren Revolverkopf erforderlich ist, aus mehreren Teilen bestehen, von denen das im Revolverkopf angeordnete Teil um eine Längsachse rotierbar ist. Der Hohlleiter kann ggf.
mit einem dielektrischen, mikrowellendurchlässigen Material wie z.B. Kunststoff gefüllt sein.
Eine einfache Realisierung der Sende-Empfangs-Einheit ist mittels einer Gunn-Diode gegeben. Als modulierendes Element kann auch ein einfacher ohmscher Widerstand gemäß Anspurch 3 verwendet werden. Gemäß Anspruch 4 ist die Gleichrichterdiode in einem Abstand von im wesentlichen einem Viertel der Mikrowellenlänge vom Resonatorende des Hohlleiters entfernt angeordnet.
Die Pin-Diode bzw. der ohmsche Widerstand sind zweckmäßigerweise drei Viertel der Mikrowellenlänge vom Resonatorende des Hohlleiters entfernt angeordnet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen Meßtaster im Querschnitt, Fig. 2 den Kontaktteller des Meßtasters mit anliegenden Kontaktstiften in einer Draufsicht und Fig. 3 die Anordnung zum Registrieren der Schaltstellung des Schaltgliedes im Meßtaster in schematischer Darstellung.
Der in Fig. 1 dargestellte Meßtaster besteht im wesentlichen aus einem Meßfühler 1 mit einer an seiner Spitze angeordneten Tastkugel 2, einem damit fest verbundenen Kontaktteller 3, der gegen die Kraftwirkung einer Rückstellfeder 4 in Richtung der Meßfühlerlängsachse verschiebbar ist. Der Kontaktteller 3 liegt im berührungslosen Zustand des Meßfühlers 1 an Kontaktstiften 5, 5' an, die über Leitungen 7 und 6 zusammen mit dem Kontaktteller Teil eines Stromkreises sind.
In diesem Stromkreis liegen ferner entsprechend der Darstellung in Fig. 3 zwei parallel geschaltete Dioden, eine Gleichrichterdiode 11 und Pin-Diode 12, und ein Glättungskondensator 13.
Die Rückstellfeder 4 spannt eine Kugel 8, die Teil des Meßfühlers 1 ist, gegen eine ihrer Form angepaßte Ausnehmung 9 in dem Meßtastergehäuse 10. Die Kontaktstifte 5 5' sind an ihrem an dem Meßtastergehäuse zugewandten Ende ebenso isoliert wie die Leitung 6 gegen das Meßtastergehäuse 10. Fig. 2 zeigt, daß ein Drittel 14 des Kontakttellers 3, das gegen den einen der Kontaktstifte 5 anliegt, gegenüber dem verbleibenden Teil 15, das an dem anderen Kontaktstift 5 und an dem Kontaktstift 5' anliegt, isoliert ist. Die Kontaktstifte 5 sind kurzgeschlossen und über die Leitung 7 mit dem Gehäuse des Hohlleiters 16 entsprechend Fig. 3 verbunden. Der Kontaktstift 5' ist über die Leitung 6, die gegenüber dem Hohlleiter 16 isoliert ist, mit den Dioden 11, 12 verbunden.
In den Hohlleiter 16, der als Resonator, d.h. mit geschlossenem Ende 17 ausgebildet ist, werden Mikrowellen von einer als Sende-Empfangs-Einrichtung ausgebildeten Gunn-Diode 18 abgestrahlt und an dem geschlossenen Ende 17 reflektiert. In einem Abstand von einem Viertel der Mikrowellenlänge vom Ende 17 entfernt liegt die Gleichrichterdiode 11, drei Viertel der Mikrowellenlänge entfernt vom Ende 17 die Pin-Diode 12 im Hohlleiter 16. Der Hohlleiter 16 selbst besteht aus einzelnen Teilen und ist an den Trennstellen 19 zwischen rotierbaren und feststehenden Teilen unterbrochen.
Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Meßeinrichtung arbeitet in einem speziellen Ausführungsbeispiel wie folgt: Die Gunn-Diode 18 mit einer Leistung von 10 mW strahlt Mikrowellen einer Frequenz von 10 0Hz in den Hohlleiter 16 ab, wo sie an dessen Ende 17 reflektiert werden. Solange die Leitungen 7 und 6 über die Kontaktstifte 5 und 5' kurzgeschlossen sind, stört die Gleichrichterdiode 11 die Mikrowelle nicht. Erst wenn durch Zurückschieben der Tastkugel 2 entgegen der Rückstellkraft der Rückstellfeder 4 die Verbindung der Kontaktstifte 5, 5' zu dem Kontaktteller 3 unterbrochen wird, erzeugt die Gleichrichterdiode 11 eine Spannung, welche die Durchlaßspannung an der Pin-Diode überschreitet.
Hierdurch wird die Mikrowelle moduliert, d.h. gedämpft, da die Dioden 11, 12 am Ort der Spannungsbäuche der stehenden Mikrowelle angeordnet sind. Die erzeugte Dämpfung bwirkt eine meßbare Anderung der Versorgungsspannung in der Gunn-Diode. Nach Möglichkeit soll eine Pin-Diode gewählt werden, deren Durchlaßspannung im Bereich von etwa 1 V liegt. Statt der Pin-Diode 12 kann jedoch auch ein ohmscher Widerstand verwendet werden.

Claims

Patentansprüche r 1. Anordnung zum Registrieren eines Kontaktes zwischen einem mit einem elektrischen Schaltglied versehenen Meßtaster und einem Objekt, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t, - daß das Schaltglied (3, 5, 5') des Meßtasters und eine Modulationseinheit, die eine Gleichrichterdiode (11) und ein dazu parallel geschaltetes Element (12) aufweist, einen Stromkreis (6, 7) bilden, - daß die Gleichrichterdiode (11) innerhalb eines als Resonator ausgebildeten Mirkowellenhohlleiters (16) mit einem Abstand an dessen einem Ende (17) angeordnet ist, - daß die Gleichrichterdiode (11) mit ihrer Anode unmittelbar und mit ihrer Kathode über einen Glättungskondensator (13) elektrisch mit dem Hohlleiter (16) verbunden ist und - daß an dem anderen Ende des Hohlleiters (16) eine Mikrowellen-Sende-Empfangs-Einheit (18) angeordnet ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulatoreinheit eine der Gleichrichterdiode (11) parallel geschaltete, im Hohlleiter (16) angeordnete Pin-Diode (12) aufweist.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulatoreinheit einen der Gleichrichterdiode (11) parallel geschalteten ohmschen Widerstand aufweist.
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem geschlossenen Ende (17) des Hohlleiters (16) und der Gleichrichterdiode (11) im wesentlichen ein Viertel der Mikrowellenlänge der Sende-Empfangs-Einheit (18) beträgt.
5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrowellen-Sende-Empfangs-Einheit (18) als Gunn-Diode ausgebildet ist.