CH656220A5 - Tastmessgeraet mit einem tastbolzen. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Tastmessgerät mit einem Tastbolzen, der den verstellbaren Teil einer Tiefen- oder Längenmesseinrichtung bildet, in seiner Längsrichtung verschiebbar geführt und über eine Zugfeder in Anstellrichtung an ein Messobjekt vorbelastet ist, so dass er beim Messvorgang mit einer definierten Andrückkraft am Messobjekt anliegt, wobei die Feder mit ihrem ersten Ende an einem ersten Punkt 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 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 Abtast-5 einrichtung trägt. Bei den meisten verwendeten Messgeräten trägt der Tastbolzen den Massstab und die Abtasteinrichtung ist im Messgerätgehäuse geschützt untergebracht. Man kann unter anderem Glasmassstäbe und eine opto-elektronische Abtastung dieser Glasmassstäbe mit mehreren Abtastein-lo heiten 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 Mög-ls lichkeit, die Messsignale zu einer Zentralstelle zu übertragen, wo sie nicht nur registriert, sondern auch nach verschiedenen Gesichtspunkten weiter ausgewertet werden können. Beispielsweise kann man bei Toleranzüberprüfungen die Aus-senmasse von Werkstücken statistisch erheben und fest-zo stellen, ob die Fertigungstoleranzen mehr zum Übermass oder mehr zum Untermass tendieren und die Feinstellung der Bearbeitungsmaschinen aufgrund dieser Ermittlungen vornehmen.

Für die Praxis ist die erzielbare hohe Anzeigegenauigkeit 2s 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, dass der Tastbolzen möglichst genau in einem vorbestimmten Winkel, 30 meist normal auf die Messfläche gerichtet ist und dass zum Messzeitpunkt keine Seiten- oder Drehkräfte auf den Tastbolzen wirken. Diese Bedingungen lassen sich durch entsprechende Ausrichtung des Messgerätes und dadurch erfüllen, dass eine Abhebeeinrichtung vorgesehen wird, mit deren 35 Hilfe der Tastbolzen während der Relativverstellung des Werkstückes od. dgl. zum Messgerät abgehoben und erst zum Messzeitpunkt vorsichtig auf das Werkstück abgesenkt wird, wobei man dafür Sorge trägt, dass die Abhebeeinrichtung zum Messzeitpunkt keinen Einfluss auf das Messsystem 40 ausübt. Vorzugsweise werden ähnlich wie Drahtauslöser für Kameras gebaute, auf Druckbetätigung ansprechende Bow-denzüge verwendet, die über Hebel od. dgl. den Tastbolzen abheben.

Eines der wichtigsten Kriterien für die Messgenauigkeit ist 45 die Einhaltung einer bestimmten Andrückkraft des Tastbolzens an das Werkstück od. dgl. Wie schon erwähnt wurde, wird diese Andrückkraft bisher mit Hilfe von Zugfedern oder auch von Druckfedern erzeugt, die mit einem Ende am Tastbolzen selbst oder einem mit ihm starr verbundenen Teil so 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 55 Verstellweg des Tastbolzens ist. Bei allen mechanischen Federn tritt in der Praxis aufgrund der Federkennlinie bei jeder Längenänderung auch eine Änderung der Federkraft auf. Diese Änderung der Federkraft lässt sich nur dadurch relativ klein halten, dass die Feder vorgespannt und die Län-60 genänderung 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. Grös-65 senordnungsmässig kann man sagen, dass man mit einer vorgespannten Feder dann etwa eine konstante Kraft erzeugen kann, wenn die Längenänderung der Feder in einem unter einem Zehntel der Gesamtlänge der Feder liegenden Bereich

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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 notwendigen 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 gennanten Art, bei dem trotz der Verwendung relativ kurzer Federn die Erzeugung einer bestimmten, insbesondere nahezu oder völlig konstanten, auf den Tastbolzen wirkenden Ausschiebekraft möglich ist.

Bei einem Tastmessgerät der genannten Art wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass das zweite Federende in einem zweiten Angriffspunkt an einem um eine Achse schwenkbaren Hebel angreift, der mit einem ersten Hebelarm über einen Anschlag im Einschiebesinn auf den Tastbolzen bzw. einen mit diesem verstellbaren Teil drückt, wobei der zweite Hebelarm bis zu dem zweiten Angriffspunkt der Feder kürzer als der erste 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 Kraft 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 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 berücksichtigen kann, dass nur ein Bruchteil der von der Feder aufgebrachten Zugkraft tatsächlich im Ausschiebesinn des Tastbolzens zur Wirkung kommt. Man kann aber nach dem erfindungsgemässen Konstruktionsprinzip unter Änderung des Verhältnisses der Hebelarme im Bedarfsfall auch nach bestimmten, von der Federkennlinie abweichenden Kennlinienkurven verlaufende Ausschiebekräfte erzeugen, die sich also mit der Relativlage des Tastbolzens nach der genannten Kennlinienkurve ändern.

Mit dem Tastbolzen kann eine quer angeordnete, beispielsweise gleich als Verdrehungssicherung für den Tastbolzen ausgebildete Stützplatte verbunden sein, deren gegen das aus-schiebbare Tastbolzenende weisende Seite eine Stützfläche für den Anschlag bildet.

Die Anordnung kann ferner so gewählt sein, dass die beiden Angriffspunkte der Zugfeder in wenigstens einer möglichen Einschiebestellung des Tastbolzens auf der geometrischen Achse dieses Bolzens bzw. einer dazu parallelen Geraden liegen. Nach einer weiteren Möglichkeit kann die Schwenkachse des Hebels zwischen den beiden in den Extremstellungen des Tastbolzens durch die Stützfläche gehenden Normal ebenen auf die geometrische Achse des Tastbolzens angeordnet sein. Über die schon beschriebenen Möglichkeiten hinaus kann man 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 s bestimmte Anschlag, beispielsweise zum Ausgleich der sich mit der Längung ändernden Federkraft, nach einer in verschiedenen Hebelschwenkstellungen verschiedene Hebelarmverhältnisse bestimmenden Kompensationskurve gewölbt ist. Ein entsprechender Effekt lässt sich auch io dadurch erzielen, dass man ein Kipplager für den Hebel vorsieht, in dem der Auflagepunkt unter Änderung des Verhältnisses der Hebelarme mit der jeweiligen Schwenkstellung v/echselt.

Nach einer Möglichkeit ist der Hebel als rechtwinkelig ls abgewinkelter Hebel ausgebildet, dessen von der Hebelachse wegführender Schenkel eine Angriffsstelle für eine Tast-bolzen-Abhebevorrichtung aufweist. Hier erfüllt der Hebel eine Doppelfunktion.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispiels-20 weise 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 2s Linien dargestellt wurden, und

Fig. 2 ein Strichdiagramm zur Veranschaulichung der verschiedenen geometrischen Verhältnisse in den zwei Extremstellungen des Tastbolzens.

so 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 vorge-35 sehen 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 40 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 ein-45 greift, 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 abgewinkelter Träger 8 verbunden, an dem eine Einhängstelle 9 für das erste Ende einer Zugfeder 10 angebracht ist, deren zweites Ende an s» 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. ss einer Kugel verdickt ist, gegebenenfalls aber auch nach einer bestimmten Kurve gewölb sein kann und einen Anschlag 16 bildet, der an der Unterseite 17 der Stützplatte 4 anliegt. Im Schenkel 14 ist eine Eingriffsvertiefung 18 vorgesehen, die als Stütze für einen ausfahrbaren Stift einer ähnlich wie ein 60 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 9,11 angebracht.

es 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

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eine der vollen Federkraft entsprchende 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 Feder 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 Angriffsstelle entstehenden Kraft wirkt im Endeffekt im Ausschiebesinn auf den Tastbolzen 1.

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 Winkel a geschwenkt. Der Angriffspunkt 11 wandert also unter Ausübung einer Schwenkbewegung, wobei eine grosse Bewegungskomponente dieser Verstellbewegung in Einschiebe-5 richtung des Tastbolzens verläuft, so dass sich bei der Verstellung s nur eine Längenänderung x 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 io das Verhältnis der wirksamen Hebelarme und damit bei den sonst gegebenen geometrischen Verhältnissen die Federlän-gung x und die wirksame Federkraft verändert werden. Wenn das Gerät auch mit nach oben weisendem Tastbolzen verwendet werden soll, muss die resultierende Federkraft selbst-ls verständlich grösser als das den Tastbolzen im Einschiebesinn belastende Gewicht der mit ihm in Wirkverbindung stehenden beweglichen Teile gehalten sein.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

656220 PATENTANSPRÜCHE

1. Tastmessgerät mit einem Tastbolzen, der den verstellbaren Teil einer Tiefen- oder Längenmesseinrichtung bildet, in seiner Längsrichtung verschiebbar geführt und über eine Zugfeder in Anstellrichtung an ein Messobjekt vorbelastet ist, so dass er beim Messvorgang mit einer definierten Andrückkraft am Messobjekt anliegt, wobei die Feder mit ihrem ersten Ende an einem ersten Punkt am Tastbolzen selbst oder einem mit ihm verbundenen Teil angreift,

dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Federende in einem zweiten Angriffspunkt (11) an einem um eine Achse (13) schwenkbaren Hebel (12) angreift, der mit einem ersten Hebelarm über einen Anschlag (16,17) im Einschiebesinn auf den Tastbolzen (1) bzw. einen mit diesem verstellbaren Teil (4) drückt, wobei der zweite Hebelarm (13 bis 11) bis zu dem zweiten Angriffspunkt (11) der Feder (10) kürzer als der erste 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.

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 auf der geometrischen Achse dieses Bolzens bzw. einer dazu parallelen Geraden liegen.

4. Tastmessgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachse (13) des Hebels (12) zwischen den beiden in den Extremstellungen des Tastbolzens durch die Stützfläche (17,17') gehenden Normalebenen auf die geometrische Achse des Tastbolzens (1) angeordnet ist.

5. Tastmessgerät nach einem der Ansprüche 2 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 verschiedenen Hebelschwenkstellungen verschiedene Hebelarmverhältnisse 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) wegführender Schenkel (14) eine Angriffsstelle (18) für eine Tastbolzen-Abhebevorrichtung aufweist.