DE3720524C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßkluppe mit einem Stab und einem auf dem Stab mittels formschlüssiger Führung längsverschiebbaren Läufer, wobei der Stab und der Läufer mit je einem rechtwinklig abstehenden Meßschnabel in zueinander paralleler Anordnung versehen sind und zwischen dem Stab und dem Läufer eine magne­ tische Längsmarkierung in Wechselwirkung mit mindestens einem Längensensor steht.

Eine Meßkluppe dieser Art ist aus der US-PS 42 26 024 bekannt.

Bei der bekannten Meßkluppe sind in den Stab magnetisch aktive Längsmarkierungen eingelassen, während der Stab im übrigen aus nicht-magnetischem Material besteht. Auf dem Läufer ist ein Längensensor angeordnet, dessen magnetfeldempfindliches Element als Feldplatte ausgebildet ist. Bei der bekannten Meßkluppe sind zwei Feldplatten im axialen Abstand voneinander angeordnet, wobei dieser Abstand ein ungeradzahliges Vielfaches des halben Rastermaßes der magnetischen Längsmarkierungen ist. Auf diese Weise kann durch Vergleich der von den beiden Feldplatten gelie­ ferten Signale die Verschieberichtung des Läufers auf dem Stab bestimmt werden, und durch Zählen der in einer der beiden Feld­ platten erzeugten Signale kann die Anzahl der Markierungen bestimmt werden, die an dem Läufer vorbeigelaufen ist.

Die bekannte Meßkluppe hat jedoch den Nachteil, daß die Feld­ platten auf einen Nordpol eines Dauermagneten fest aufgeklebt sind, so daß der die Feldplatten durchsetzende magnetische Fluß lediglich in Abhängigkeit von den sich vorbeibewegenden magnetischen Längsmarkierungen moduliert wird. Das sich ergeben­ de Meßsignal der Feldplatten weist daher einen relativ hohen Gleichanteil auf, der geringfügig moduliert ist. Dies ist jedoch insbesondere für digitale Auswertmethoden ungünstig, weil ein verhältnismäßig großer und nur geringfügig modulierter Analog­ wert analysiert werden muß. Hierzu sind bei der bekannten Meß­ kluppe aufwendige Analog/Digital-Wandler erforderlich, die innerhalb eines endlichen Analogwertbereichs fein gestuft sind.

Aus der DE-OS 31 28 656 ist ein inkrementales Lage-Meßsystem bekannt, mit dem die relative axiale Lage zwischen einer Kolbenstange und einem Zylinder ermittelt werden soll. Hierzu ist die Kolbenstange in axialer Richtung in Abschnitten von jeweils 8 cm Breite in jeweils entgegengesetzter radialer Richtung magnetisiert. Am Zylinder sind zwei im wesentlichen halbkreisbogenförmige Magnetflußjoche angeordnet, die den radial gerichteten Magnetfluß der Kolbenstange aufnehmen und über einen Luftspalt leiten, der in einer Radialebene der Kolbenstange liegt, so daß die Feldlinien in diesem Luftspalt eine tangentiale Richtung zur Kolbenstange aufweisen. Im Luftspalt ist ein magnetisch-elektrischer Sensor derart an­ geordnet, daß er von den magnetischen Feldlinien senkrecht durchsetzt wird. Bei axialer Bewegung der Kolbenstange ändert sich demzufolge die Polarität des Magnetflusses im Luftspalt, nicht jedoch die tangentiale Ausrichtung der Feldlinien.

Bei dem bekannten Meßsystem ist es somit erforderlich, eines der bewegten Teile, nämlich die Kolbenstange, gesamthaft zu magnetisieren. Hierbei ist jedoch nur eine sehr grobe Auflösung von mehreren Zentimetern erreichbar, so daß das bekannte Meßsystem nicht bei Meßkluppen einsetzbar ist, die typischerweise im Zehntelmillimeterbereich arbeiten.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Meßkluppe der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß leicht auswertbare Meßsignale, die sich insbesondere auf einfache Weise analog/digital-wandeln lassen, erzeugt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Längensensor zwei mit ihren Pol-Stirnflächen in einer gemeinsamen, ersten Ebene nebeneinander angeordnete Magnete entgegengesetzt gerichteter Polarität aufweist, daß eine Hallplatte, insbesondere eine Differential-Hallsonde, oberhalb und im wesentlichen symmetrisch zu einem Paar der Pol- Stirnflächen der Magnete in einer zur ersten Ebene parallelen zweiten Ebene angeordnet ist und daß die magnetische Längsmarkierung oberhalb der Hallplatte in einer zur ersten und zweiten Ebene im wesentlichen parallelen, dritten Ebene bewegbar ist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst, weil sich bei der gewählten Konfiguration ein Nulldurchgang des Meßsignals dann ergibt, wenn die magneti­ schen Längsmarkierungen sich gerade oberhalb der Hallplatte befinden. Bei der erfindungsgemäßen Meßkluppe ergibt sich somit ein um den Nullpunkt oszillierendes Meßsignal, das mit Analog/ Digital-Wandlern wesentlich einfacher erfaßt werden kann, weil ein Nullpunkt mit einfachen Mitteln schaltungstechnisch erfaßbar ist.

Bei der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Längs­ markierungen in einer Richtung parallel zu einer Verbindungs­ linie der Pol-Stirnflächen bewegbar. Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß eine besonders starke Modulation des Meßsignals um den Nullpunkt herum entsteht.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung darge­ stellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläu­ tert. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht, teilweise aufgebrochen und abgebrochen, eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Meßkluppe;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines bei der erfindungs­ gemäßen Meßkluppe verwendeten Längensensors;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer beim Längensensor der Fig. 2 verwendeten Hallplatte;

Fig. 4 bis 7 vier äußerst schematisierte Seitenansichten des Län­ gensensors gemäß Fig. 2 in vier verschiedenen Be­ triebsstellungen;

Fig. 8 den Verlauf eines Meßsignals, wie es mit dem Längen­ sensor gemäß Fig. 2 erzeugt werden kann.

In Fig. 1 bezeichnet 10 insgesamt eine Meßkluppe, d.h. ein schieblehrenähnliches Meßinstrument zur Messung der Außenab­ messung verhältnismäßig großer Meßobjekte, beispielsweise des Durchmessers von Baumstämmen, der Abmessungen von Schlachtvieh u. dgl.

Eine detailliertere Beschreibung dieser Art von Meßkluppen findet sich in der DE-OS 36 44 444.

Bei der Meßkluppe 10 ist auf einem im Querschnitt doppelpris­ matisch ausgebildeten Stab 11 ein Läufer 23 längsbeweglich angeordnet. Der Stab 11 ist an seinem einen Ende mit einem rechtwinklig abstehenden ersten Meßschnabel 13 versehen, dem in paralleler Ausrichtung ein zweiter Meßschnabel 14 am rechten Ende des Läufers 12 (in der Darstellung von Fig. 1) gegenüber­ steht.

Die Meßschnäbel 13, 14 laufen an ihren freien Enden bevorzugt in Spitzen 18, 19 aus, damit z.B. beim Anlegen an Schlachtvieh oder Schweinehälften, möglicherweise auch durch geringfügiges Einstechen, eine exakte Bestimmung von Fleisch- oder Muskel­ prozenten, von Handelsklassen u. dgl. möglich wird. Weiterhin ist bevorzugt einer der Meßschnäbel um die Längsachse des Stabes 11 drehbar ausgebildet, beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist dies der rechte Meßschnabel 13 am Stab 11, der mit­ tels eines Drehgelenks 21 um die Längsachse des Stabes 11 dreh­ bar ist, wie in Fig. 1 mit einem Pfeil angedeutet. Auf diese Weise können Abstandsmessungen auch zwischen zwei Punkten vor­ genommen werden, die nicht in einer Ebene liegen, wobei die Abstandsmessung die Projektion der Meßpunkte in die Ebene des Stabes 11 darstellt.

Am Läufer 12 ist ein Kleinrechner 23 angeordnet. Der Kleinrech­ ner 23 ist auf seiner vorzugsweise pultförmig ansteigenden Oberfläche mit zahlreichen Anzeige- und Betätigungselementen versehen. Eine Ziffernanzeige 25 kann beispielsweise den momen­ tanen Abstand D zwischen den Meßkanten der Meßschnäbel 13, 14 anzeigen. Kontrollelemente 26 können z.B. die Betriebsbereit­ schaft oder die jeweilige Anzahl der bereits getätigten Messun­ gen anzeigen. Mit einer Tastatur 27 können z.B. Meßparameter, beispielsweise Codezahlen für bestimmte Arten von Meßobjekten (im Falle des Ausmessens von Baumstämmen beispielsweise die Baumart oder der Fuderpreis oder der Standort, oder im Falle des Ausmessens von Schlachtvieh oder Fleischstücken die Tierart u. dgl.) eingegeben werden.

Um den Läufer 12 auf dem Stab 11 mechanisch präzise, gleichzei­ tig aber auch leichtgängig und verkantungsfrei zu führen, ist eine formschlüssige Führung 30 nur an den seitlichen Rändern des Läufers 12, in Längsrichtung gesehen, vorgesehen.

In Fig. 1 erkennt man ferner eine auf die Breitseite des Stabes 11 aufgebrachte magnetische Längsmarkierung 33, deren Einzelheiten noch näher in der vergrößerten Darstellung der Fig. 3 zu erkennen sind. Auf dem Läufer 12 sind oberhalb der Längsmarkierung 33 Längensensoren 34, 34 a angeordnet, und am rechten Rand des Läufers 12 ist noch ein Positionssensor 35 zu erkennen.

Selbstverständlich ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch möglich, die Längsmarkierung am Läufer 12 und Sensoren am Stab 11 anzuordnen, wobei dann der Kleinrechner mit Elementen des Stabes 11 verbunden werden kann oder das Sensorsignal wieder auf den Läufer 12 zurückgeführt werden kann, je nachdem, wie dies im Einzelfall vorteilhaft sein sollte.

Der in Fig. 2 gezeigte Längensensor 34 weist einen ersten Dauer­ magneten 81 mit obenliegender Pol-Stirnfläche 81 a sowie einen daneben angeordneten zweiten Dauermagneten 82 mit obenliegender Pol-Stirnfläche 82 a auf. Die Polarität der Dauermagnete 81, 82 ist so gewählt, daß ungleichnamige Pole in den Pol-Stirnflächen 81 a, 82 a nebeneinander liegen. Zur Abschirmung der Dauermagneten 81, 82 nach unten ist an deren Unterseite ein ferromagnetisches Rückführblech 83 vorgesehen, das den magnetischen Fluß zwischen den den Pol-Stirnflächen 81 a, 82 a gegenüberliegenden Pol- Stirnflächen kurzschließt.

Auf den und symmetrisch zu den Pol-Stirnflächen 81 a, 82 a ist ein handelsübliches Hallelement 84, insbesondere eine Differential-Hallsonde in der Weise angeordnet, daß sich eine im Hallelement 84 befindliche Hallplatte 85 im Abstand von den Pol-Stirnflächen 81 a, 82 a und im wesentlichen parallel zu diesen befindet. Die Hallplatte 85 ist in an sich bekannter Weise mit Anschlüssen 86 versehen, wie dies weiter unten zu Fig. 3 noch erläutert werden wird.

Im noch weiteren Abstand oberhalb der Pol-Stirnflächen 81 a, 82 a sind die magnetischen Längsmarkierungen in Gestalt der Sprossen 51 bewegbar, und zwar vorzugsweise in Richtung von Pfeilen 87, die im wesentlichen parallel zu einer Verbindungs­ linie der Pol-Stirnflächen 81 a, 82 a gerichtet sind.

Fig. 3 zeigt in vergrößerter und noch weiter schematisierter Darstellung die Hallplatte 85, die im Hallelement 84 des Längen­ sensors 34 gemäß Fig. 2 enthalten ist. Wie an sich bekannt, wird der flachen Hallplatte 85 über zwei einander gegenüberlie­ gende schmale Stirnseiten mittels der Anschlüsse 86 a, 86 b ein Strom i _H zugeführt. An den hierzu senkrechten schmalen Stirnflä­ chen ist mittels der Anschlüsse 86 c, 86 d eine Hallspannung U _H abnehmbar, deren Betrag bei konstantem Strom i _H davon abhängt, mit welcher Intensität eine magnetische Induktion B die Hall­ platte 85 senkrecht zu ihrer Oberfläche durchsetzt. Die in Fig. 3 dargestellte senkrecht gerichtete Induktion B _s ergibt somit eine maximale Hallspannung U _H , während eine parallel zur Oberfläche gerichtete parallele Induktion B _p keine Hallspannung U _H ergibt, weil diese Induktion B _p zur Flußrichtung des Stromes i _H parallel ist und somit auf die die Hallplatte 85 durchströ­ menden Elektronen keine Lorenzkräfte ausüben kann.

Diesen Effekt macht man sich beim Längensensor 34 der Fig. 2 zunutze.

Wie die Phasenbilder der Fig. 4 bis 7 zeigen, durchsetzen Feld­ linien 88 a bei genügend großem Abstand einer Sprosse 51 (Fig. 4) die Hallplatte 85 im wesentlichen in der Weise, wie dies mit der parallelen Induktion B _p in Fig. 3 angedeutet wurde, weil die Feldlinien 88 a bogenförmig aus einer der Pol-Stirnflächen 81 a, 81 b austreten, die Hallplatte 85 im wesentlichen parallel hierzu durchsetzen und in die jeweils andere Pol-Stirnfläche 81 a, 82 a wieder einmünden.

Nähert sich nun jedoch die Sprosse 51 (Fig. 5), so verwerfen sich die Feldlinien 88 b, so daß die ursprünglich vorhandene Symmetrie (Fig. 4) gestört wird und die Hallplatte 85 nun auch von meßbaren Anteilen der Feldlinien 88 b senkrecht zu ihrer Oberfläche durchsetzt wird. Hierdurch ergibt sich eine meßbare Hallspannung U _H .

Setzt die Sprosse 51 nun ihren Weg fort und gelangt sie in eine Stellung genau oberhalb der Hallplatte 85 (Fig. 6), so verwerfen sich die Feldlinien 88 c zwar ebenfalls in Richtung der Sprosse 51, dies jedoch wiederum in symmetrischer Konfigura­ tion zu den Dauermagneten 81 und 82, mit dem Ergebnis, daß die Hallspannung U _H wieder zu Null wird.

Entfernt sich nun die Sprosse 51 wieder in entgegengesetzte Richtung (Fig. 7), stellt sich eine zu Fig. 5 symmetrische Verwerfung der Feldlinien 88 d ein, und es ergibt sich wiederum eine meßbare Hallspannung U _H , diesmal jedoch mit umgekehrtem Vorzeichen.

Diese Verhältnisse sind nochmals in Fig. 8 mit einem Verlauf 89 der Hallspannung U _H über dem Weg s veranschaulicht. Man erkennt, daß der Verlauf 89 von einem Nullwert kommend zunächst ein Maximum in eine Richtung durchläuft, dann im Augenblick der Symmetrie (Fig. 6) einen Nullpunkt 90 durchläuft, dann ein entgegengesetzt gerichtetes Maximum durchläuft und schließlich wieder gegen Null tendiert, wenn sich die Sprosse 51 von der Hallplatte 85 wieder entfernt.

Sind mehrere Sprossen 51 nebeneinander angeordnet, ergibt sich somit eine kontinuierlich um den Nullpunkt oszillierende Hall­ spannung U _H über dem Weg s, wobei jede zweite Nullstelle 90 mit hoher Flankensteilheit dem in Fig. 6 dargestellten Symme­ triepunkt entspricht.

Zur Auswertung des in Fig. 8 dargestellten Signals kann man sich daher verhältnismäßig einfach aufgebauter Schwellwertstufen bedienen.

Claims (2)

1. Meßkluppe (10) mit einem Stab (11) und einem auf dem Stab (11) mittels formschlüssiger Führung (30) längs­ verschiebbaren Läufer (12), wobei der Stab (11) und der Läufer (12) mit je einem rechtwinklig abstehenden Meßschnabel (13, 14) in zueinander paralleler Anordnung versehen sind und zwischen dem Stab (11) und dem Läufer (12) eine magnetische Längsmarkierung (33) in Wechsel­ wirkung mit mindestens einem Längensensor (34) steht, dadurch gekennzeichnet, daß der Längensensor (34) zwei mit ihren Pol-Stirnflächen (81 a, 82 a) in einer gemein­ samen, ersten Ebene nebeneinander angeordnete Magneten (81, 82) entgegengesetzt gerichteter Polarität aufweist, daß eine Hallplatte (85), insbesondere eine Differential- Hallsonde, oberhalb und im wesentlichen symmetrisch zu einem Paar der Pol-Stirnflächen (81 a, 82 a) der Magnete (81, 82) in einer zur ersten Ebene parallelen zweiten Ebene angeordnet ist und daß die magnetische Längsmar­ kierung oberhalb der Hallplatte (85) in einer zur ersten und zweiten Ebene im wesentlichen parallelen dritten Ebene bewegbar ist.

2. Meßkluppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsmarkierungen in einer Richtung parallel zu einer Verbindungslinie der Pol-Stirnflächen (81 a, 82 a) bewegbar sind.