DD224104B1 - Taster zur mehrachsigen wegmessung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Taster zur mehrachsigen Wegmessung für Anwendungen in der Längenmeßtechnik sowie für Steuer- und Regelungsaufgaben. Ziel der Erfindung ist ein Taster zur mehrachsigen Wegmessung mit einem hohen Gebrauchswert. Die Erfindung löst die Aufgabe, mit einem Taster, dessen Tasterschaft elastisch aufgehängt ist, am Ende eine Tastkugel trägt und dessen Wegmeßumformer zur Ermittlung der Tastkugelauslenkung an einen Rechner angeschlossen sind, Wege in x-, y- und z-Koordinaten mit gleicher Empfindlichkeit zu messen. Der Taster zeichnet sich dadurch aus, daß die Führungen der Wegmeßumformer mittels je eines Federstabes mit dem Tasterschaft verbunden sind und die Federstäbe mit dem Tasterschaft einen Winkel ungleich 90° einschließen.

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Taster zur mehrachsigen Wegmessung fur Anwendungen in der Langenmeßtechnik, vorzugsweise fur Koordinatenmeßmaschmen sowie fur Meß-, Steuer und Regelungsaufgaben von numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen wobei das Werkstuck (der Prüfling) mit einer Tastkugel angetastet wird und die Tastkugel sich am Ende eines meßbar auslenkbaren Tasterschaftes befindet

Charakteristik der bekannten technischen Losungen

Taster гиг mehrachsigen Wegmessung lassen sich in zwei Gruppen einteilen Die erste Gruppe ist dadurch gekennzeichnet, daß zur getrennten Erfassung der Auslenkung fur jede Koordinatennchtung ein spezieller Wegmeßumformer angeordnet ist Typisch fur diese Gruppe ist ζ B , daß die tasterseitigen Sensorelemente, im allgemeinen der Ferritkern eines induktiven Wegmeßumformers, mit jeweils nur in einer Achsrichtung auslenkbaren Parallelfedern gefuhrt sind

Taster der zweiten Gruppe besitzen ebenfalls eine den Freiheitsgraden entsprechende Anzahl von Wegmeßumformern, die jedoch im allgemeinen auch bei der Auslenkung in nur einer Koordinatenrichtung, alle an der Maßermittlung beteiligt sind und dazu eine Analogrechenschaltung oder einen Digitalrechner benotigen Taster dieser Art ζ B fur drei Freiheitsgrade zeichnen sich durch radialsymmetrische Anordnung der Wegmeßumformer um den Tasterschaft aus (z B DE-OS 2840934) Bei einer vorgeschlagenen Losung (DD-WP 140788) sind die tasterseitigen Sensorelemente am Tasterschaft in einer senkrecht zur Achse des Tasterschaftes stehenden Ebene befestigt Die Ebene schwenkt bei x- y-Bewegungen der Tastkugel um denselben Winkel wie der elastisch (kardanisch) aufgehängte Tasterschaft, d h der im Wegmeßumformer gemessene Weg einer Auslenkung inx- oder y-Richtung ist durch das Verhältnis der Hebellangen Tastkugel bis elastische Aufhangung zu elastische Aufhangung bis tasterseitiges Sensorelement gegenüber der tatsächlichen x-oder y-Auslenkung geändert Inz-Richtung dagegen entspricht der Meßweg direkt der Auslenkung ζ Dadurch ergeben sich im Regelfall ungleiche Meßbereiche in den drei Achsnchtungen, es sei denn, der Taster wird relativ breit und mit kurzem Tasterschaft gebaut Fur viele Anwendungsfalle sind aber schlanke Taster bzw Taster mit einem längeren Tasterschaft erforderlich

Im übrigen haben die Taster der zweiten Gruppe den Vorteil einer kleinen Bauweise und bei der üblicherweise gewählten kardanischen Federlagerung auch den einer großen Auslenkbarkeit zumindest in den χ und у Richtungen Ein weiterer Vorteil des vorgeschlagenen Tasters bestand darin daß die Nullage und die Meßkraft über eine federbelastete Kugellagerung mit Rast zwischen Gehäuse und einem am Tasterschaft befestigten Federstab gut einstellbar war Allgemein ist bei Meßinstrumenten die Übertragung von Auslenkungen über als Federstabe ausgebildete Koppelstangen bekannt (s ζ B DE OS 1548859)

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein kleiner Taster zur mehrachsigen Wegmessung mit gleichen oder ungefähr gleichen Empfindlichkeiten in allen Koordinatenrichtungen

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Erfindung lost die Aufgabe, bei einem Taster dessen Tasterschaft elastisch aufgehängt ist am Ende eine Tastkugel tragt und dessen Wegmeßumformer zur Ermittlung der Tastkugelauslenkung an einen Rechner angeschlossen sind die Meßbereiche durch einen zusätzlichen Freiheitsgrad in der Dimensionierung besser aufeinander abstimmen zu können Erfindungsgemaß wird die Aufgabe dadurch gelost, daß zwischen dem Tasterschaft und den Fuhrungen jedes tasterseitigen Sensorelementes jeweils ein in einem Winkel ungleich 90° zum Tasterschaft stehender Federstab angeordnet ist Die Federstabe können vorzugsweise als Federdrahte oder gedrillte Blattfedern ausgeführt sein In einer speziellen Ausfuhrung sind die Federstabe aus einer Blattfeder gefertigt, die an zwei Stellen um 90° um ihre Langsachse verdrillt wurde

Durch die Schragstellung der Koppelstangen mit einem Winkel ungleich 90° zur Tasterlangsachse kann bei vorgegebenen Abmessungen des Tasterschaftes, seiner Lagerung und Einspannung erreicht werden daß bei gleichen Auslenkungen der Tastkugel in den drei Koordinatenrichtungen x, у und ζ die maximalen Ausgangssignale der Wegmeßumformer und damit die Empfindlichkeit des Tasters gleich groß wird Es ist aber auch möglich, die Koppelstangen so einzustellen, daß bei gleichen Auslenkungen der Tastkugel gleiche Meßkrafte erreicht werden

Die Vorteile des mit der Erfindung realisierten Tasters sind seine kleinen Abmessungen, geringe Masse, in allen Achsrichtungen gleiche Empfindlichkeit oder gleiche Meßkraft, begrenzte Meßkraft im Freihubbereich sowie verschwindend kleine Schwingneigung Zusammen mit der sofortigen elektronischen Auswertung kann insgesamt sehr schnell und genau gemessen werden

Ausfuhrungsbeispiel

In den Zeichnungen zeigen

Fig 1 einen erfindungsgemaßen Taster zur Messung von Wegen in x-, y- und z-Richtung mit einer Befestigung der Federstabe am Tasterschaft unterhalb der elastischen Aufhangung und radialer Anordnung der Wegmeßumformer

Fig 2 einen erfindungsgemaßen Taster zur Messung von Wegen in x- y- und z-Richtung mit einer Befestigung der Federstabe am Tasterschaft oberhalb der elastischen Aufhangung und radialer Anordnung der Wegmeßumformer

Fig 3 einen erfindungsgemaßen Taster zur Messung von Wegen in x- y- und z-Richtung mit einer Befestigung der Federstabe am Tasterschaft unterhalb der elastischen Aufhangung und achsparalleler Anordnung der Wegmeßumformer

Fig 4 ein Detail aus Fig 1 und 3 in Vergrößerung

Fig 5 ein Federstab in einer speziellen Ausfuhrung

Allen Ausfuhrungen ist ein Gehäuse 1, ein Tasterschaft 2, eine Tastkugel 3, eine Blattfeder 4 zur elastischen Lagerung des Tasterschaftes 2, Federstabe 5, die Fuhrungen 6 fur den beweglichen Teil der Wegmeßumformer 7 und das Element 8 zur Einstellung von Lage, Meßkraft und Freihub gemeinsam

In einer ersten Variante ist der Tasterschaft 2 als einseitiger Hebel gelagert Im Bereich zwischen Blattfeder 4 und Tastkugel 3 sind die Federstabe 5 befestigt, die an ihrem anderen Ende eine feste Verbindung mit der Fuhrung 6 fur den beweglichen Teil der Wegmeßumformer7 besitzen Es sind drei Wegmeßumformer7 rad laisymmetrisch angeordnet, von denen der Übersicht halber nur zwei in den Fig 1 bis 3 dargestellt wurden Die Federstabe 5 stehen zum Tasterschaft 2 unter einem Winkel ungleich 90° der sich aus den Langen a und b jeweils errechnen laßt mit dem Ziel, daß bei gleichen Auslenkungen in den drei Koordinatenrichtungen die Ausgangssignale der Wegmeßumformer und damit die Empfindlichkeit und die Meßbereiche gleich" groß werden Mit den Signalen der drei Wegmeßumformer kann vom Rechner oder einer Analogrechenschaltung entsprechend dem vorgegebenen Programm und nach gering aufwendiger Kalibrierung sofort das Meßergebnis in x-, y- und z-Koordmaten errechnet werden

In einer zweiten Variante (Fig 2) ist der Tasterschaft 2 als zweiseitiger Hebel gelagert, d h die Blattfeder 4 ist zwischen Federstaben 5 und Tastkugel 3 am Tasterschaft 2 angeordnet Die Fuhrung 6a fur den beweglichen Teil des Wegmeßumformers 7 ist als einseitig gelagerter Hebel (Schwinge) ausgebildet Die Funktionsweise des Tasters ist sonst die gleiche wie bei Fig 1, nur daß ein entsprechend anderer Winkel zwischen Federstaben 5 und Tasterschaft 2 zu errechnen ist I η einer dritten Ausfuhrungsform (Fig 3) ist gezeigt, daß auch die achsparallele Wirkungsrichtung der Wegmeßumformer 7 eine Losung fur vor allem hohe Empfindlichkeit, aber im allgemeinen geringeren Freihub darstellt Das Element 8 zur Einstellung von Lage, Meßkraft und Freihub ist in Fig 4 in vergrößerter Form in Verbindung mit einer Parallelfederfuhrung 15 fur den Kern 16 des induktiven Wegmeßumformers 7 dargestellt Diese Walzlagerung mit Rast besteht aus den beiden Zylinderstucken mit Bohrung und Rand (10,12) von denen das erste 10 am Gehäuse 1 fest angeordnet ist und das zweite 12 über eine Blattfeder 13 mit der Fuhrung 6 verbunden wird Bei geringfügigen Auslenkungen der Tastkugel 3 innerhalb des Meßbereiches wird durch die Verschiebung der Fuhrung 6 des tasterseitigen Sensorelementes über den Tasterschaft 2 und den Federstab 5 die Blattfeder 13 verformt und die Kugel 11 unter der Vorspannung der Schraubenfeder 14 ihre Lage in den Bohrungen der Zylinderstucke 10 und 12 beibehalten Bei größeren Auslenkungen der Tastkugel 3 im Freihubbereich des Tasters kann durch die Verschiebung des Zylinderstuckes 12 gegenüber dem Zylinderstuck 10 die Kugel aus der Bohrung bis zum Anschlag an den Rand herausrollen Dieser Bereich zeichnet sich durch einen annähernd konstanten Verlauf der Meßkraft aus Unter dem Einfluß dieser Meßkraft kehrt nach Beendigung der Auslenkung die Kugel in ihre Ausgangslage zurück und die Ruhelage des Tasters wird wieder erreicht

Die Walzlagerung mit Rast kann auch durch eine Zylinderrolle, die in entsprechend breiten und tiefen Schlitzen ruht, realisiert werden

Die Federstabe können neben der Ausfuhrung aus Federdraht auch in einer speziellen Form (Fig 5) aus einer verdrillten Blattfeder bestehen

Claims (3)

1. Taster zur mehrachsigen Wegmessung mit einem Gehäuse, einem in dem Gehäuse elastisch (kardanisch) aufgehängten Tasterschaft, der am Ende eineTastkugel tragt, Federstaben, wenigstens zwei Wegmeßumformern mit geführten tasterseitigen Sensorelementen und Anschluß der Wegmeßumformer an einen Rechner, gekennzeichnet dadurch, daß zwischen dem Tasterschaft und den Fuhrungen jedes tasterseitigen Sensorelements jeweils ein in einem Winkel ungleich 90° zum Tasterschaft stehender Federstab (5) angeordnet ist

2. Taster nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Federstabe (5) Federdrahte sind

3. Taster nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Federstabe (5) verdrillte Blattfedern sind