DE2620100A1

DE2620100A1 - Messeinrichtung

Info

Publication number: DE2620100A1
Application number: DE19762620100
Authority: DE
Inventors: David Roberts Mcmurtry
Original assignee: Rolls Royce 1971 Ltd
Current assignee: Renishaw PLC
Priority date: 1975-05-13
Filing date: 1976-05-06
Publication date: 1976-12-02
Also published as: DE2620100C3; GB1551217A; SE7605229L; CH594870A5; IT1059028B; JPS51149049A; SE431125B; DE2620100B2; US4078314A; FR2311274B1; FR2311274A1

Description

PATENTANWALT

. ing. K. HOLZEB

PBIIiIPFINB-WBIiSEB-STBASSB IA

8000 AVGSBUBQ

TELEFON 516475 TBLBX 533 208 patol d

R. 959

Augsburg, den 5. Mai 1976

Rolls-Royce (1971) Limited, Norfolk House, St. James's Square,

London, England,

Meßeinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung mit einem Taster, der in einer Dimension eines rechtwinkligen Koordinatensystems beweglich mit einem Zwischenglied verbunden ist, das seinerseits in einer weiteren Dimension des Koordinatensystems beweglich mit einer Halterung verbunden ist,

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Derartige Meßeinrichtungen mit einem in zwei Dimensionen eines rechtwinkligen Koordinatensystems beweglich mit einer Halterung verbundenen Taster sind bekannt.

Um die Tasterbewegungen in beiden Dimensionen messen zu können, ist es üblich, einen Fühler zwischen dem Taster und dem Zwischenglied und einen weiteren Fühler zwischen dem Zwischenglied und der Halterung anzuordnen.

Wenn jedoch beispielsweise die Verbindung zwischen dem Taster und dem Zwischenglied derart ausgebildet ist, daß die Tasterbewegung relativ zu diesem Zwischenglied notwendigerweise nichtlinear ist, derart, daß der Hauptbewegung des Tasters in der einen Dimension eine Bewegungskomponente in der anderen Dimension überlagert ist, so wird, während die Hauptbewegung durch den erstgenannten Fühler gemessen wird, die überlagerte Bsiregungskomponente jedoch vom zi^eitgenannteri Fühlst nicht erfaßt _s weshalb die wahre TasterpositloK ί,η beid-GF. DiEisusionen relativ zur Halterung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßeinrichtung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die jeweilige Tasterposition in allen meßbaren Dimensionen stets wahrheitsgetreu erfaßbar ist«,

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist eine solche Meßeinrichtung gemäß der Erfindung durch mindestens zwei am Taster gebildete Flächen, die jeweils zu einer der Dimensionen des Koordinatensystems senkrecht verlaufen, und durch mindestens zwei Lagefühler gekennzeichnet, die jeweils einer der genannten Flächen zugewandt an der Halterung angeordnet sind.

Zwei Ausführungsbeispiele einer Meßeinrichtung nach der Erfindung in Form von Meßsonden für eine Prüfmaschine werden nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht einer Prüfmaschine

mit einer Meßeinrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Einzelheit der Meßsonde,

Fig. 3 eine Schnittansicht der Meßsonde,

Fig. 4 einen Querschnitt in der Ebene IV-IV

• in Fig. 3,

Fig. 5 eine abgewandelte Ausführungsform

einer Meßsonde,

Pig. 6 einen Querschnitt längs der

Linie VI-VI in Fig. 5, und.

Fig. 7 ein Schaltbild.

Zunächst wird mit Bezug auf Fig. 1 ein Anwendungsbeispiel der Meßsonde beschrieben. Die mit 11 bezeichnete Meßsonde ist mit Hilfe von Schlitten 12, 13 und lU in den X-, Y- und Z-Richtungen eines rechtwinkligen Koordinatensystems verschiebbar aufgehängt. Die Schlittenverschiebungswege werden durch digitale Anzeigeeinrichtungen 12A, 13A und 14a angezeigt.

Die Meßsonde 11 weist einen Taster 15 auf, der in einer Halterung bzw. einem Gehäuse 16 derart angeordnet ist, daß er in der X-, der Y- und der Z-Richtung relativ zu diesem Gehäuse beweglich ist. Der Taster ist durch ein nachstehend noch im einzelnen beschriebenes Federsystem in eine Nullstellung relativ zum Gehäuse vorgespannt. .

Zur Messung eines Werkstückes 10 wird der jeweils erforderliche Schlitten, beispielsweise der Schlitten 13, so lange verschoben, bis das kugelförmige Tasterende 17 eine gewünschte Fläche 18 des Werkstückes berührt. Dadurch wird der Taster aus seiner Nullstellung herausbewegt,

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wodurch ein Signal erzeugt wird, welches die dieser Schlittenbewegung zugeordnete Anzeigeeinheit 13A stoppt, so daß diese Anzeigeeinheit dann die relative Position der Fläche 18 mit Bezug auf einen vorgegebenen Bezugswert anzeigt. Der Schlitten wird natürlich nach dem Kontakt des Tasters mit dem Werkstück entweder automatisch oder durch die Bedienungsperson gestoppt, jedoch läßt sich ein gewisses überschwingen des Schlittens (siehe Pig, 2) nicht vermeiden. In manchen Fällen wird das Werkstück gemessen, indem das überschwingen der Meßsonde gemessen und daraus die Schlittenposition beim Anhalten am Ende des überschwingungsvorgangs abgeleitet wird. Jedoch kann das Gehäuse 16 fest sein und die Meßsonde unabhängig von den Schlitten 12, 13 und 14 selbst als Meßeinrichtung verwendet werden.

Tasteraufhängung

Gemäß den Fig. 3 und 4 ist der Taster etwa stabförmig und verläuft zwischen der Kugel 17 und einem über drei Blattfederpaare 22, 23 und 24 mit dem Gehäuse 16 verbundenen Teil 20, Die Blattfederpaare sind hintereinandergeschaltet und jeweils in der X- bzw. der Y- bzw. der Z-Richtung biegsam. Dazu liegen die Federn 22 in Ebenen, welche die Y- und die Z-Dimension enthalten, die Federn 23 liegen in

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Ebenen, welche die X- und die Z-Dimension enthalten, und die Federn 24 liegen in Ebenen, welche die X- und die Y-Dimension enthalten. Das Teil 20 und ein Gehäuseteil l6A bilden Endglieder der Reihenschaltung der Federpaare.

Zur Erläuterung der Federanordnung sei jede Feder so betrachtet, als habe sie ein freies Ende und ein festes Ende, wobei das feste Ende dasjenige Ende ist, welches innerhalb der Reihenschaltung der Federn das dem Gehäuse näher gelegene Ende ist. Demgemäß weisen die Federn 22 jeweils ein freies, mit dem Teil 20 verbundenes Ende 22A und ein festes, mit einem Zwischenglied 21 verbundenes Ende 22B auf, die Federn 23 weisen jeweils ein freies, mit dem Zwischenglied 21 verbundenes Ende 23A und ein festes, mit einem weiteren Zwischenglied 25 verbundenes Ende 23B auf, und die Federn 24 weisen jeweils ein freies, mit dem weiteren Zwischenglied 25 verbundenes Ende 24A und ein mit dem Gehäuseteil 16A verbundenes festes Ende 24B auf.

Zur Herstellung einer kompakten, raumsparenden Anordnung sind die Federn 22, 23 und 24 so angeordnet, daß sie an den sechs Seiten eines rechteckigen Kastens liegen. Im einzelnen ist die Anordnung so getroffen, daß die Federn von ihren freien Enden 23A aus zu den freien Enden 22A der Federn 22 hin ragen und an diese angrenzen_s und die

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Federn 22 und 23 verlaufen in dem Raum zwischen den Federn 24,

Zur Verbindung der Federn 23 und 24 mit dem weiteren Zwischenglied 25 weist dieses einen die festen Enden der Federn 23 miteinander verbindenden Teil 25A und einen dazu senkrechten, die freien Enden der Federn 24 miteinander verbindenden Teil 25B auf. Die festen Enden der Federn 24 sind mit dem Gehäuseteil 16A verbunden.

Wie dargestellt, liegt das Teil 20, an welchem der Taster befestigt ist, am weitesten innen in dem von den Federn 22, 23 und 24 gebildeten Kasten. Der Zwischengliedteil 25A und die diesem benachbarte Feder 24 sind mit öffnungen 28 bzw. 29 versehen, durch welche hindurch der Taster in das Innere des genannten Kastens hineinragt. Diese öffnungen sind jedoch nicht nötig, wenn der Taster mit einer Kante des Teils 20 verbunden ist, beispielsweise durch Einschrauben in eine Bohrung 30, so daß er in der Ebene der Dimensionen X und Z verläuft.

Die Federn 22, 23 und 24 können beispielsweise durch Löten an den Teilen 20 bzw. 21 bzw. 16 befestigt sein.

Meßsystem

Wie bereits erwähnt, spannen die Federn 22, 23 und

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den Taster in eine Nullstellung vor. Diese Nullstellung ist diejenige Stellung_s welche der Mittelpunkt der Kugel unter dem alleinigen Einfluß der Federn und der Schwerkraft einnimmt, d.h., wenn keine äußere Kraft an der Kugel 17 angreift. In Pig, 2 ist diese Nullstellung in Vollinien dargestellt. Beim Anstoßen an die Fläche 18 des Werkstückes ergibt sich gemäß der Darstellung in der Y-Richtung ein Versatz Yl, die gestrichelt dargestellt ist. Infolge der Formänderung der Federn, in diesem Falle öer Federn 23 _s während der Verschiebung Yl tritt unvermeidlich auch eine Sekundärverschiebung Zl in der Z-Richtung auf. Grundsätzlich zieht eine Verschiebung in irgendeiner¹ Dimension eine sekundäre Verschiebung in mindestens einer weiteren Dimension nach sich und eine wahrheitsgetreue Darstellung der koordinatenmäßigen Position der Kugel 17 erfordert, daß alle drei Dimensionen oder gegebenenfalls zwei Dimensionen gleichzeitig gemessen werden.

Das Meßsystem weist gemäß den Fig. 3 und 4 eine
Eisenmasse 40 auf, die über eine Verlängerung 41 derart am Teil 20 befestigt ist, daß sie jede Bewegung des
Tasters 15 mitmacht. Die Masse 40 ist mit Flächen 42, 43 und 44 versehen, welche in die X- bzw. die Y- bzw. die
Z-Richtung aeigen und jeweils einem Fühler 45 bzw. 46 bzw» zugewandt sind, die an einem Gehäuseteil l6B angeordnet

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sind. Jeder Fühler bzw. Meßwandler enthält eine Induktionsbrücke (Fig. 7)» so daß eine Verschiebung der Masse in der jeweils betreffenden Dimension X, Y bzw, Z meßbar ist.

Jede Brücke weist Spulen A, B, C und D auf, von denen die Spulen A und B am Gehäuseteil l6B nahe der jeweils zugeordneten Fläche 42, 43 oder 44 angeordnet und über einen Stecker 48 mit dem an einem geeigneten stationären Ort befindlichen übrigen Teil der Brücke verbunden sind. Die Messung beispielsweise einer Verschiebung in der Y-Richtung erfolgt dadurch, daß die Bewegung der Kugel 17 den Abstand zwischen der Fläche 43 und den Spulen A und B des Wandlers und damit den Abgleich der zugehörigen Brücke A, B, C, D verändert. Dabei wird nur die Bewegung der Fläche 43 in der Y-Richtung gemessen. Eine Bewegung in der X- oder der Z-Richtung beeinflußt den Wandler 46 nicht, da diese letzteren Bewegungen den Abstand zwischen der Fläche 43 und den dieser zugeordneten Spulen A und B nicht verändern. Um diese Bedingung sicherzustellen, sollten die Flächen 42, 43 und 44 ausreichend eben sein und sie müssen natürlich senkrecht zur zugeordneten X- bzw. Y- bzw. Z-Dimension verlaufen. Die Brücken sind jeweils mit einer Anzeigeeinheit 49 bzw, 50 bzw, 51 oder mit einem Rechner 52 verbunden, um die Wandlerausgangssignale in Beziehung mit den Positionen der Schlitten 12, 13 und 14 zu setzen. Beim

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vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Spulen A und B jeder Brücke beide auf der gleichen Seite der Masse 40 angeordnet.

Bei der in den Pig«, 5 und 6 dargestellten abgewandelten Ausführungsform sind die Spulen A und B jeder Brücke auf entgegengesetzten Seiten einer Masse 14O angeordnet. Gemäß der Darstellung ist diese Masse würfelförmig und von einer Kammer ll6B umgeben, deren Wände die Spulen A und B der Wandler 45, 46 und 47 an jeweils entgegengesetzten Seiten des Würfels l40 tragen. Mit dem Taster 15 ist der Würfel über einen U-förmigen Winkel l4l verbunden, der einerseits an der Tasterverlängerung 4l und andererseits derart an einer Kante des Würfels befestigt ist, daß er die drei Paare einander· gegenüberliegender Würfelflächen nicht beeinträchtigt« Diese Spulenanordnung verbessert die Linearität des Meßergebnisses.

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Claims

Patentansprüche

1. Meßeinrichtung mit einem Taster, der in einer Dimension eines rechtwinkligen Koordinatensystems beweglich mit einem Zwischenglied verbunden ist, das seinerseits in einer weiteren Dimension des Koordinatensystems beweglich mit einer Halterung verbunden ist, gekennzeichnet durch mindestens zwei am Taster (15) gebildete Flächen (42, 43, 44), die jeweils zu einer der Dimensionen (X, Y, Z) des Koordinatensystems senkrecht verlaufen, und durch mindestens zwei Lagefühler (45, 46, 47), die jeweils einer der genannten Flächen zugewandt an der Halterung (16) angeordnet sind,

2. Meßeinrichtung nach Anspruch l_s dadurch gekennzeichnet, daß der Taster (15) an einer solchen Stelle mit dem Zwischenglied (21, 25) verbunden ist, daß er nach einer Seite von der vom Zwischenglied und den dieses mit dem Taster und der Halterung (16) verbindenden Verbindungsgliedern gebildeten Anordnung wegragt, und daß der Taster eine nach der entgegengesetzten Seite der genannten Anordnung wegragende Verlängerung (4l) aufweist, an deren freiem Ende die genannten Flächen (42, 43, 44) gebildet sind.

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3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Taster (15) über zwei parallele Blattfedern (22) mit dem Zwischenglied (21) und dieses über zwei weitere parallele Blattfedern (23), die senkrecht zu den erstgenannten Blattfedern orientiert sind, mit der Halterung (16) verbunden ist.

4. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer Dimension des Koordinatensystems zwei der genannten Flächen zugeordnet sind, die ineinander entgegengesetzte Richtungen weisen, und daß der zugeordnete Lagefühler zwei jeweils einer der beiden Flächen zugewandte Fühlerelemente aufweist„

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