DE19811105C2

DE19811105C2 - Axial-Meßtaster

Info

Publication number: DE19811105C2
Application number: DE1998111105
Authority: DE
Inventors: Robert Rohrbach
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-03-13
Filing date: 1998-03-13
Publication date: 2002-11-07
Anticipated expiration: 2018-03-14
Also published as: DE19811105A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Axial-Meßtaster mit einer in einem Gehäuse längsverschiebbar gelagerten Taststange, mit einer die Wegver schiebung der Taststange erfassenden, die Meßdaten im Reflexionslichtver fahren aufnehmenden Meßvorrichtung, wobei die Meßvorrichtung als eine Vorrichtung zur photoelektrischen Abtastung feiner Strichgitter ausgebildet ist, und mit einer die erfaßten Meßdaten in digitale Information umwandeln den Meßelektronik, wobei die Meßvorrichtung einen an der Taststange angebrachten, ein Strichgitter aufweisenden Glas- oder Metallmaßstab, mindestens eine Lichtquelle, mindestens zwei Photoelemente und eine zwischen dem Glas- oder Metallmaßstab und den Lichtquellen angeordnete Blende mit mindestens zwei zueinander um 90° phasenverschobene Strich gitterfelder umfaßt, und wobei die Lichtquellen und die Photoelemente auf derselben Seite des Glas- oder Metallmaßstabes angeordnet sind.

Die Fachwelt hat bisher einen direkten Kontakt von Maßstabsverkörperung und beweglicher Abtastplatte vermieden, um die Umkehrspanne und Reibung des Meßsystemes möglichst gering zu halten.

Trotz dieser Probleme wurde in der DE 29 29 989 B2 der Firma Mitutoyo Mfg., Co., Ltd., Tokio eine Meßvorrichtung vorgeschlagen, bei der das die Indexskala tragende Gleitstück auf einer Vielzahl von senkrecht zueinander angeordneten Fühlern gleitend am Taststab gehalten ist, wobei die Fühler aus einem Kunststoff mit einem niedrigem Reibungskoeffizienten bestehen. Auf der die Skala aufweisenden Seite wird das Gleitstück mit den Fühlern mittels einer Stabfeder auf den Taststab gedrückt und zur Anlage gebracht. Bei dieser in zwei Richtungen beweglichen Anordnung besteht jedoch die Gefahr, dass das Gleitstück dennoch verrutscht und Meßfehler, insbesondere eine Umkehrspanne auftreten.

Des weiteren sind elektronische Axial-Meßtaster von der Firma Heidenhain bekannt, bei denen die Meßwerterfassung durch eine photoelektrische Abtastung feiner Strichgitter im Reflexionslichtverfahren erfolgt. Diese haben einen Meßfehler von ±0,5 µm bis 1 µm.

Allerdings sind die opto-elektronischen Axial-Meßtaster von Heidenhain mit einer Breite von mehr als 50 mm und mit einer Dicke von mehr als 30 mm so groß gebaut, dass sie zum automatisierten Vermessen industriell herge stellter Produkte nicht geeignet sind, denn aufgrund ihrer hohen Baugröße ist es nicht möglich, mehrere dieser Axial-Meßtaster eng nebeneinander anzuordnen und/oder derartige Axial-Meßtaster in Hohlräume oder Kanäle einzuführen. Deshalb werden diese opto-elektronischen Axial-Meßtaster vorwiegend im Laborbereich eingesetzt und können beispielsweise nicht zum automatisierten Vermessen von Motorenteilen, insbesondere zum Vermessen von Einspritzpumpen, benutzt werden. Ein weiterer Nachteil dieser opto-elektronischen Axial-Meßtaster besteht darin, daß der Glasmaßstab freitragend an der Taststange angebracht ist und somit bei starken Erschütterungen abbrechen kann.

Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde einen Meßtaster mit einem großen Meßbereich, mit einem geringen Linearitätsfehler und mit einer hohen Auflösung zu schaffen, der gleichzeitig eine geringe Baugröße und eine hohe Robustheit aufweist.

Als technische Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Axial- Meßtaster mit den Merkmalen des Anspruches 1 vorgeschlagen. Vorteil hafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Axial-Meßtasters sind den Unteranspüchen zu entnehmen.

Bei einem nach dieser technischen Lehre ausgebildeten Axial-Meßtaster wird das im Reflexionslichtverfahren von einer Lichtquelle ausgesendete diffuse Licht an einem Abtastgitter (Blende) vorbei auf einen mit einem Strichgitter versehenen Maßstab gesendet. Je nach Grad der Überdeckung der Strichgitter der Blende mit dem Strichgitter des Maßstabes wird mehr oder weniger Licht reflektiert, welches von einer neben der Lichtquelle angeordneten Optosensorik gemessen wird. Die reflektierten Lichtstrahlen werden als Moire-Streifen bezeichnet und können von der an die Optosensoren angeschlossenen Meßelektronik ausgewertet werden.

Ein nach dieser technischen Lehre ausgebildeter Meßtaster hat den Vorteil, dass die Blende über eine Gleitschicht auf dem Glas- oder Metallmaßstab aufliegt. Mit dieser Gleitschicht ist eine große Auflagefläche verbunden, so dass nur eine geringe Flächenpressung und eine geringe Reibung auftritt. Gleichzeitig hält das Federblech die Blende in Position, wobei aufgrund der sehr kleinen Masse der Blende bereits eine kleine Andruckkraft genügt, um die Blende auf dem Maßstab zu führen, ohne die Reibung am Taststab unnötig zu erhöhen. Die geringe Masse bewirkt wiederum, das die Blende stets, das heißt auch bei von Außen einwirkenden Erschütterungen oder dergleichen, in der gewünschten Position gehalten wird, ohne dass Verzerrungen oder andere Meßfehler auftreten. Folglich ist der erfindungsgemäße Meßtaster sehr viel robuster und kann auch an automatisierten Maschinen oder Robotern eingesetzt werden.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass nur ein geringer Linearitätsfehler von ±0,5 µm bis ±1 µm auftritt, so daß eine viel genauere Vermessung von in Großserien hergestellten Produkten möglich ist.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Blende gut auf dem Glas- oder Metallmaßstab gleiten kann und immer einen definierten Abstand zum Glas- oder Metallmaßstab aufweist. Hierdurch werden Meßsignalschwankungen vermieden.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Blende an einem Federblech befestigt, welches an einem Rahmen gehalten ist, so dass das Federblech die Blende gegen den Glas- oder Metallmaßstab drückt. Hierdurch ist gewährleistet, dass die Blende stets in einem konstanten Abstand an dem Glas- oder Metallmaßstab anliegt, daß eventuelle Vibrationen oder Stöße abgefedert werden und daß eventuelle Ungenauigkeiten bzw. Toleranzen bei der Bewegung der Taststange kompensiert werden. Dies erhöht die Zuverlässigkeit und die Robustheit des Meßtasters und vermeidet Meßfehler.

In einer bevorzugten Weiterbildung weist das Federblech vier Stege auf, wobei ein Steg fest am Rahmen fixiert, insbesondere aufgeklebt, ist, während die anderen Stege verschiebbar am Rahmen anliegen. Dies hat den Vorteil, dass die Blende unverrückbar am Rahmen und somit am Gehäuse befestigt ist, so daß eine minimale Meßwertumkehrspanne realisierbar ist.

Durch das Federblech wird über die Blende auf die Taststange eine geringe Querkraft ausgeübt, die zu einer erhöhten Belastung und somit zu einem erhöhten Verschleiß im Lagerbock führt. Dieser erhöhte Verschleiß kann mit der Zeit zu Ungenauigkeiten in der Meßwertaufnahme führen, weshalb in einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Meßtasters vorgeschlagen wird, diese Querkraft mittels einem darauf abgestimmten Magneten auszugleichen. Dabei ist es vorteilhaft, diesen Magneten hinter dem Glas- oder Metallmaßstab anzuordnen, da hier günstigere Hebelkräfte wirken. Es ist auch Vorteilhaft, sowohl vor, als auch hinter dem Glas- oder Metallmaßstab Magnete vorzusehen, da hierbei eine direktere Kompensation der Querkräfte erreicht wird. Der Einsatz von mehreren Magneten hat den Vorteil, daß der Einzelne Magnet schwächer und somit kleiner ausgeführt werden kann, wodurch eine geringere Baugröße und eine bessere Feinabstimmung möglich wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Meßtasters ist die gesamte Meßelektronik ebenfalls im Gehäuse des Meßtasters angeordnet. Insbesondere sind alle die elektronischen Komponenten im Gehäuse des Meßtasters untergebracht, die zur Umwandlung des bei der photoelektronischen Abtastung erhaltenen Meßsignales in ein digitales EDV- Signal und/oder ein 0°/90° TTL-Rechtecksignal erforderlich sind, einschließlich der dazu notwendigen Schnittstellen. Hierdurch wird erreicht, daß die von der Meßvorrichtung gelieferten empfindlichen Meßsignale unmittelbar nach Erhalt in unempfindlichere digitale Informationen umgewandelt werden, die dann problemlos zum Rechner weitergeleitet werden können.

Bei der Herstellung der Einzelteile des Meßtasters treten fertigungsbedingte und meßtechnisch bedingte Toleranzen auf, die sich mal ganz oder teil weise gegenseitig aufheben oder mal zu größeren Toleranzen aufaddieren können, so daß die einzelnen Meßtaster immer unterschiedlich genau messen. Um diese Schwankungen möglichst gering zu halten, wurde bisher mit einem sehr hohen Kostenaufwand versucht, die einzelnen Toleranzen möglichst gering zu halten. Bei dem erfindungsgemäßen Meßtaster ist es nun bedingt durch die Integration der kompletten Meßvorrichtung und der kompletten Meßelektronik in dem Meßtaster möglich, die insgesamt dem Meßtaster innewohnende Toleranz durch Vergleich des jeweiligen Meßtasters mit einem Laserinterferometer festzustellen und die hierbei festgestellten, individuellen Abweichungen beispielsweise in einer Fehlerkorrekturtabelle festzuhalten.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird diese Fehlerkorrekturtabelle dann in einem als EEPROM ausgeführten Fehlerkorrekturspeicher dauerhaft festgehalten, so daß die Meßelektronik die gefundenen Meßdaten sofort mit der Fehlerkorekturtabelle abgleicht und somit die um die Toleranz korrigierten Meßwerte liefert. Hierdurch ist ein hochpräzise messender Meßtaster geschaffen, der kostengünstig herzustellen ist, da auf teure, toleranzarme Fertigungsverfahren oder Materialien verzichtet werden kann.

In einer anderen, bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Meßvorrichtung zwei Lichtquellen, insbesondere zwei im Infrarot-Lichtbereich arbeitende Leuchtdioden, die insbesonder direkt vom Waver abgegriffen sind, um Bauteiltoleranzen klein zu halten und einen Durchmesser von weniger als 1 mm, vorzugsweise nur 0,3 mm aufweisen. Hierdurch ist es möglich, die Lichtquellen jeweils zwischen zwei Photoelementen anzuordnen. Die Verwendung der extrem kleinen Infrarotlicht-Leuchtdioden hat vor allem den Vorteil, daß eine kleine und kompakte Meßvorrichtung und somit ein kleiner und kompakter Meßtaster realisiert werden kann und daß hierdurch bedingt durch eine gute Lichtausbeute weniger Energie benötigt wird, so daß die Stromversorgung des Meßtasters vereinfacht wird. Die Anordnung der Lichtquellen zwischen dem Photoelementen hat den Vorteil, daß eine gute Ausleuchtung der jeweiligen Felder erfolgt, so daß das von den Strichgittern reflektierte Licht auf den Photoelementen ein deutliches Signal erzeugt.

In noch einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform ist die Rückseite des Glasmaßstabes mit einer schwarzen Schicht versehen, so daß die durch den Glasmaßstab durchtretenden Lichtstrahlen zumindest größtenteils absorbiert werden. Hierdurch wird verhindert, daß von der Taststange oder dergleichen reflektiertes Licht auf das Photoelement auftrifft und verfälschte Meßergebnisse liefert.

In einer anderen, bevorzugten Ausführungsform ist an der Taststange ein radial abstehender Stift angebracht, der in eine am Gehäuse vorgesehene Nut eingreift. Diese als Führungsnut ausgebildete Nut führt den Stift und somit die Taststange und verhindert ein Verdrehen der Taststange. Hierdurch wird erreicht, daß der Glas- oder Metallmaßstab stets parallel zur Blende ausgerichtet ist. Um gute Gleiteigenschaften und einen geringen Verschleiß zu erreichen, kann die Führungsnut in einer Messingbuchse ausgebildet sein.

In noch einer anderen, bevorzugten Ausführungsform nimmt die Meßvor richtung die Meßdaten im Reflexionslichtverfahren mittels einer 4-Feld- Abtastung auf. Hierdurch wird zum Einen erreicht, daß sämtliche Meßwerte sowohl als Haupt- als auch als Inversmeßsignal, also zweifach zur Verfügung stehen, so daß eine sehr viel genauere Interpolation der Meßwerte durchgeführt werden kann.

Zum Anderen wird hierdurch erreicht, daß durch das Aufaddieren des Haupt- und des Inverssignales mögliche temperatur- und/oder altersbedingte Einflüße auf die Meßergebnisse kompensiert werden können. Insbesondere kann hierdurch eine Absenkung der Lichtintensität der Lichtquelle festgestellt werden, die beispielsweise durch eine verstärkte Stromzufuhr zur Lichtquelle kompensiert werden kann, so daß die ursprüngliche Licht intensität und somit die ursprüngliche Meßqualität wieder erreicht wird.

Es versteht sich, dass die Taststange sowohl über ihre gesamte Länge zylindrisch oder stabförmig, als auch nur teilweise zylindrisch oder stab förmig mit einem sich daran anschließenden Metall- oder Kunststoffelement zur Aufnahme des Glas- oder Metallmaßstabes ausgebildet sein kann.

Durch die vollflächige Anbringung des Glas- oder Metallmaßstabes auf der Taststange wird eine mechanische Abstützung, insbesondere des Glasmaß stabes erreicht, welche die Bruchgefahr des an sich zerbechlichen Glases ausschließt. Folglich ist der erfindungsgemäße Meßtaster sehr viel robuster und kann auch an automatisierten Maschinen oder Robotern eingesetzt werden.

Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Meßtasters ergeben sich aus der beigefügten Zeichnung und den nachfolgend beschriebenen Ausführungs formen. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln oder in beliebigen Kombinationen miteinander verwendet werden. Die erwähnten Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter. Es zeigen:

Fig. 1 eine Explosionsdarstellung des erfindungsgemäßen Meßtasters;

Fig. 2 eine Ansicht der Unterseite der Platine;

Fig. 3 eine Seitenansicht der Meßvorrichtung in vergrößerter Darstellung.

In Fig. 1 ist in explosionsartiger Darstellung eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Axial-Meßtasters dargestellt. Dieser Meßtaster umfaßt ein quaderförmiges Gehäuse 10, bestehend aus einem stabilen Basisteil 12 und einem an diesem anschraubbaren Deckel 14. Das Basisteil 12 ist in seinem vorderen Bereich als Lagerbock 16 ausgebildet, in dem in einer Bohrung 18 eine Taststange 20 längs verschieblich, das heißt axial verschieblich, gelagert ist. Dieser im vorderen Bereich des Basisteils 12 ausgebildete Lagerbock 16 umfaßt ein hohlzylindrisch ausgebildetes Lager element 22, welches in einer im Lagerbock 16 ausgebildeten Öffnung 24 festklemmbar ist. Damit die Taststange 20 möglichst gut im Lagerelement 22 gleitet, ist die Innenwand der Bohrung 18 als Messingbuchse (nicht dargestellt) ausgeführt. Die Taststange 20 ist zumindest im vorderen, sich im Lagerelement 22 bewegenden Bereich, zylindrisch ausgeführt.

Am vorderen Ende der Taststange 20 ist eine je nach Anwendungsfall auszuwählende Tastspitze 26 austauschbar eingeschraubt. An der Unterseite der Taststange 20 ist ein Sicherungstift 28 angeformt, der in eine Nut 30 eines Verdrehsicherungselementes 32 aus Messing eingreift. Dieses Verdrehsicherungselement 32 ist in eine entsprechend ausgebildete Aussparung 34 im Basisteil 12 mit nur geringem Spiel eingesetzt. Der in die Nut 30 eingreifende Sicherungsstift sichert die Taststange 20 nicht nur gegen Verdrehen, sondern begrenzt auch deren axiale Beweglichkeit. In der hier abgebildeten Ausführungsform hat die Nut 30 eine Länge von 17 mm, kann aber in anderen Ausführungsformen auch eine beliebige andere Länge aufweisen.

Am hinteren Ende der Taststange 20 ist ein ebenfalls nach unten ausgerichteter Haltestift 36 angeformt, an den eine auf Zug belastete Schraubenfeder 38 angehängt ist. Das andere Ende der Schraubenfeder 38 ist in einem am Basisteil 12 angeformten Haltestift 40 eingehängt. Die Schraubenfeder 38 ist so dimensioniert, daß die Taststange 20 im Ruhezustand möglichst weit aus dem Gehäuse herausgeführt ist, d. h. daß der Sicherungsstift 28 am vorderen Anschlag der Nut 30 anliegt.

Auf der Oberseite der Taststange 20 ist ein parallel zum Basisteil 12 ausgerichteter Abschnitt 42 plan, d. h. eben, abgefräst oder abgeschliffen ausgebildet. Auf diesen planen Abschnitt wird ein Glasmaßstab 44 aufgeklebt, dessen Rückseite geschwärzt ausgeführt ist. Auf der Oberseite des Glasmaßstabes 44 ist ein Strichgitter 46 aufgebracht, wobei jeder Strich eine Breite von etwa 10 µm aufweist und wobei der Abstand zweier benachbarter Striche ebenfalls 10 µm beträgt. Die Striche selbst sind aus aufgedampftem Chrom gebildet.

Auf dem Basisteil 12 ist ein Rahmen 48 aufgeschraubt, der ein eine Blende 50 aufweisendes Federblech 54 und eine Platine 52 trägt. Am Federblech sind vier voneinander abstehende Stege ausgebildet, die in hier nicht näher dargestellte Schlitze oder Aussparungen im Rahmen 48 eingreifen. Dabei ist ein Steg fest am Rahmen angeklebt, so daß die Blende 50 unverrückbar am Rahmen 48 und somit am Gehäuse 10 fixiert ist.

Mindestens zwei, vorzugsweise vier Stege des Federbleches 54 sind so lang ausgebildet, daß die Blende 50 im eingebauten Zustand zum Glasmaß stab 44 hin gedrückt wird und mit einer hier nicht näher dargestellten, auf der Blende 50 aufgetragenen Teflonschicht am Glasmaßstab 44 zur Anlage kommt.

Auf der Unterseite der Platine 52 ist die gesamte Meßelektronik 56 unterge bracht, mittels der die erfaßten Meßwerte in digitale Signale umgewandelt werden. Die Meßelektronik umfaßt sämtliche Baugruppen und Bauteile, die gegebenenfalls zur Interpolation und zur Umwandlung der erfaßten Meßsignale in digitale, computerlesbare Signale erforderlich. Des weiteren umfaßt die Meßelektonik eine asynchrone, serielle Schnittstelle und eine 0°/90° TTL-Rechtecksignal-Schnittstelle, so daß die digitalen Signale über ein hier nicht dargestelltes elektrisches Kabel oder über einen hier ebenfalls nicht dargestellten Infrarotsender zu einem Computer zwecks Auswertung der Meßdaten und/oder Steuerung und/oder Regelung des Meßvorganges weitergeleitet werden können.

Die Unterseite des Deckels 14 ist so ausgebildet, daß die Platine 52 hierin paßgenau aufgenommen hineinpaßt. In der hier abgebildeten Ausführungs form ist die Platine 52 sogar in den Deckel 14 eingeklebt.

Im montierten Zustand schließt der Deckel 14 und das Basisteil 12 so dicht, daß kein Wasser und kein Staub ins Innere eindringen kann, dabei ist der an der Rückseite angebrachte, hier nicht dargestellte Stecker ebenfalls wasser- und staubdicht eingearbeitet. Gegebenenfalls kann die Nahtstelle noch mit Dichtmittel zusätzlich versiegelt werden. Am Übergang zwischen Taststange 20 und Lagerbock 16 kann ein Falten- oder Gummibalg zur weiteren Abdichtung angebracht sein.

Im vollständig montierten Zustand hat das Gehäuse 10 eine Länge von 58 mm, eine Breite von 22 mm und eine Höhe von nur 10 mm.

Wie Fig. 2 zu entnehmen ist, sind auf der Unterseite der Platine 52 vier Photoelemente, insbesondere PIN-Dioden 58 angebracht, wobei jeweils zwischen zwei Photoelementen 58 eine Lichtquelle, insbesondere eine Infrarot-Leuchtdiode, vorgesehen ist. Dabei sind die Photoelemente 58 so angeordnet, daß sie mit der Blende 50 fluchten.

Fig. 3 zeigt die Meßvorrichtung 62 zur Aufnahme der einzelnen Meßwerte im Überblick. Anhand dieser Meßvorrichtung wird nachfolgend die Funktionsweise der photoelektrischen Abtastung feiner Strichgitter im Reflexionslichtverfahren näher beschrieben:
Die von der Lichtquelle 60 ausgesandten Lichtstrahlen gehen durch die an sich durchsichtige Blende 50 hindurch. Auf der Rückseite der Blende 50 wird ein Teil der Lichtstrahlen vom Strichgitter 56 reflektiert (A), während der andere Teil bis zum Glasmaßstab 44 gelangt. Auf dem Glasmaßstab 44 wird wiederum ein Teil der Lichtstrahlen (B) am Strichgitter 46 reflektiert, während der andere Teil (C) am Strichgitter 46 vorbei bis auf die hinter dem Glasmaßstab 44 angebrachte schwarze Schicht gelangt und dort absorbiert wird. Die am Strichgitter 46 reflektierten Lichtstrahlen gelangen zumindest teilweise bis zum Fotoelement 58 und erzeugen in diesem einen elektrischen Strom. Dieser elektrische Strom ist direkt proportional zur empfangenen Lichtmenge.

Beim Bewegen der Taststange 20 bewegen sich die Strichgitter 46 relativ zueinander, so daß in Abhängigkeit der zurückgelegten Strecke der Tast stange die Strichgitter 46 eine unterschiedlich starke Deckung aufweisen. In Abhängigkeit dieser Überdeckung entstehen auf den Photoelementen sogenannte Moire-Streifen, die im Fotoelement 58 einen sinusförmigen Stromverlauf erzeugen.

Die Blende 50 ist in vier in etwa gleich große Abschnitte unterteilt, wobei die Strichgitter 46 dieser vier Felder um jeweils 90° phasenverschoben sind, so daß die Photoelemente 58 entsprechend der momentanen Position jeweils unterschiedliche Meßwerte wahrnehmen. Dabei dient das auf 0° Phasenverschiebung liegende Feld der eigentlichen Wegmessung und das auf 90° liegende Feld lediglich der Überprüfung, ob die Sinuskurve an dieser Stelle steigt oder fällt, so daß eine präzise Ortsbestimmung und eine Vor- bzw. Rückwärtserkennunng für das Zählsignal (Zählen der Inkremente) möglich ist.

Die 180° und 270° phasenverschobenen Felder liefern dieselben Meßergebnisse, wie die 0° und 90° phasenverschobenen Felder und liefern somit zusätzliche Signale für die Interpolation der Meßwerte.

Bei einer derartigen Meßvorrichtung ist bedingt durch die Anordnung der Lichtquelle ein starker Streulichtanteil vorhanden, denn zum einen gelangt ein gewisser Prozenzsatz des von der Lichtquelle ausgesandten Lichtes direkt zum Photoelement 58 und zum anderen wird etwa 50% des an der Blende auftreffenden Lichtes direkt vom Strichgitter reflektiert, ohne daß hieraus eine Information über die momentane Position des Glasmaßstabes 44 erhalten werden kann. Darüber hinaus gibt es noch weiteres Streulicht, welches von anderen Bauteilen innerhalb des Gehäuses reflektiert wird.

Daraus ergibt sich, daß der zur Auswertung der momentanen Position des Glasmaßstabes 44 vom Strichgitter 46 reflektierte Anteil des Lichts vergleichweise gering ist. In der Praxis ergibt sich nun die Schwierigkeit, daß dieser relativ geringe, zur Meßwerterfassung nutzbare Lichtanteil noch gewissen Stromschwankungen und Leistungsschwankungen der Lichtquelle 60 unterliegt.

Um nun einen annähernd konstanten, nutzbaren Lichtanteil zur Verfügung zu haben, wird der von den 0°- und 90°-Feldern erfaßte Meßwert mit dem von den 180°- und 270°-Feldern erfaßten Meßwert addiert, d. h. das Hauptsignal wird mit dem Inverssignal addiert. Sofern dieses addierte Signal einen Referenzwert unterschreitet, wird die Stromzufuhr zur Lichtquelle 60 erhöht, so daß die Lichtquelle 60 wieder die ursprüngliche Lichtmenge aussendet und so daß den Photoelementen 58 wieder ein starkes Lichtsignal zur Verfügung steht. Dies ist insbesondere dann von großer Bedeutung, wenn die Lichtquellen 60 aufgrund von Alterung nicht mehr so leistungsstark sind. In der Praxis hat sich herausgestellt, daß hierzu zwei Infrarot-Leuchtdioden mit einer Stromaufnahme von jeweils 0,5 mA bis 1 mA ausreichend ist.

In einer hier nicht dargestellten Ausführungsform ist an die Meßelektronik ein EEPROM angeschlossen, in dem eine individuell für den Meßtaster angefertigte Fehlerkorrekturtabelle dauerhaft abgespeichert ist, so daß die Meßelektronik für jeden ermittelten Meßwert gleich die entsprechende Fehlerkorrektur durchführen kann. Erst das derart korrigierte Meßergebnis wird dann an den Computer zur Auswertung weitergegeben. Hierdurch ist ein Meßtaster mit höchster Präzision geschaffen, ohne daß hierzu teure Präzisionseinzelteile verwendet werden müßen.

In einer anderen, hier nicht dargestellten Ausführungsform ist an der Unter seite des Rahmens vis a vis zur Taststange und im Abstand von ca. 1 mm zu dieser ein Dauermagnet befestigt, der auf die Taststange eine Anziehungskraft von etwa 0,15 N ausübt. Hiermit wird die von der Blende auf die Taststange ausgeübte Querkraft kompensiert, so daß die Taststange reibungs- und verschleißarm im Lagerbock gehalten und geführt ist.

Bezugszeichenliste

10

Gehäuse

12

Basisteil

14

Deckel

16

Lagerbock

18

Bohrung

20

Taststange

22

Lagerelement

24

Öffnung

26

Tastspitze

28

Sicherungsstift

30

Nut

32

Verdrehsicherungselement

34

Aussparung

36

Haltestift

38

Schraubenfeder

40

Haltestift

42

Abschnitt

44

Glasmaßstab

46

Strichgitter

48

Rahmen

50

Blende

52

Platine

54

Federblech

56

Meßelektronik

58

Photoelement

60

Lichtquelle

62

Meßvorrichtung

Claims

1. Axial-Meßtaster mit einer in einem Gehäuse längsverschiebbar gelagerten Taststange, mit einer die Wegverschiebung der Taststange erfassenden, die Meßdaten im Reflexionslichtverfahren aufnehmenden Meßvorrichtung (62), wobei die Meßvorrichtung (62) als eine Vorrichtung zur photoelektrischen Abtastung feiner Strichgitter ausgebildet ist, und mit einer die erfaßten Meßdaten in digitale Information umwandelnden Meßelektronik, wobei die Meßvorrichtung (62) einen an der Taststange (20) angebrachten, ein Strichgitter (46) aufweisenden Glas- (44) oder Metallmaßstab, mindestens eine Lichtquelle (60), mindestens zwei Photoelemente (58) und eine zwischen dem Glas- (44) oder Metallmaßstab und den Lichtquellen (60) angeordnete Blende (50) mit mindestens zwei zueinander um 90° phasenverschobene Strichgitterfelder umfaßt, und wobei die Lichtquellen (60) und die Photoelemente (58) auf derselben Seite des Glas- oder Metallmaßstabes (44) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Blende (50) eine Gleitschicht, insbesondere eine Teflon schicht, aufgebracht ist, mit der die Blende (50) auf dem Glas- (44) oder Metallmaßstab zur Anlage kommt, und dass die Blende (50) an einem Federblech (54) befestigt ist, welches an einem Rahmen (48) gehalten ist, so dass das Federblech (54) die Blende (50) gegen den Glas- (44) oder Metallmaßstab drückt.

2. Meßtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federblech (54) vier Stege aufweist, wobei ein Steg fest am Rahmen (48) fixiert, insbesondere angeklebt, ist, während die anderen Stege verschiebbar am Rahmen (48) anliegen.

3. Meßtaster nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Rahmen (48) oder am Deckel (14) mindestens ein Magnet derart angebracht ist, dass die auf die Taststange (20) wirkende Anziehungskraft des Magneten in etwa die von der Blende (50) auf die Taststange (20) ausgeübte Querkraft kompensiert.

4. Meßtaster nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet hinter dem Glas- (44) oder Metallmaßstab angeordnet ist.

5. Meßtaster nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor und hinter dem Glas- (44) oder Metallmaßstab mindestens je ein Magnet angeordnet ist.

6. Meßtaster nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet als Dauermagnet oder als Elektromagnet ausgebildet ist.

7. Meßtaster nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Meßelektronik (56) bis hin zu einer asynchronen, seriellen Schnittstelle in dem Gehäuse (10) untergebracht ist.

8. Meßtaster nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Meßelektronik (56) bis hin zu einer 0°/90° TTL- Rechtecksignal-Schnittstelle für fertig interpolierte Signale in dem Gehäuse (10) untergebracht ist.

9. Meßtaster nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen insbesondere als EEPROM ausgeführten Fehlerkorrekturspeicher, in dem eine auf den jeweiligen Meßtaster agbestimmte, individuelle Fehlerkorrekturtabelle gespeichert ist.

10. Meßtaster nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Glas- (44) oder Metallmaßstab parallel zu Längsachse der Taststange (20) auf dieser aufgebracht, insbesondere aufgeklebt, ist.

11. Meßtaster nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Taststange (20) im Bereich des Glas- (44) oder Metallmaß stabes plan ausgebildet, insbesondere abgeschliffen oder abgefräst, ist.

12. Meßtaster nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Lichtquellen (60) zwischen jeweils zwei Photoelementen (58) angeordnet ist.

13. Meßtaster nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (60) eine im Infrarotlichtbereich arbeitende Leuchtdiode ist.

14. Meßtaster nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Photoelement (58) eine PIN-Diode ist.

15. Meßtaster nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass hinter dem Glasmaßstab (44) eine schwarze Schicht zur zumindest teilweisen Absorption des durch den Glasmaßstab (44) hindurchtretenden Lichtes angeordnet ist.

16. Meßtaster nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Taststange (20) ein radial abstehender Sicherungsstift (28) angebracht ist, der in eine am Gehäuse (10) vorgesehene Nut (30) eingreift.

17. Meßtaster nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Meßvorrichtung (62) die Meßdaten im Reflexionslicht verfahren mittels 4-Feld Abtastung aufnimmt, wobei jedes Feld gegenüber dem benachbarten Feld um 90° phasenverschoben ist.