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Verfahren und Einrichtung zur Meßwert-
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erfassung an Prüflinge Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Meßwerterfassung
an Prüflinge unter Verwendung eines relativ zu diesen bewegten mechanischen Tasters
sowie Meßwertgebern und Einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens.
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Zur Meßwerterfassung an Prüflingen sind in den DE-GM 7 231 877 und
7 400 071 sowie in der DE-PS 2 440 692, DE-OS 1 804 253, den DD-PS 92 567 und 99
221 in drei Koordinatenrichtungen arbeitende Taster beschrieben, welche induktiveMeßglieder
oder elektrische Kontakte besitzen, die bei Auslenkung des Tasters entsprechende
elektrische Signale erzeugen.
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Taster mit induktiven Wegmeßsystemen bedürfen jedoch sowohl zur Sicherstellung
der elektrischen Versorgung des Meßsystems sowie zur Auswertung der bei der Tasterauslenkung
entstehenden Signale als auch zur Steuerung der Meßmaschine eines großen elektronischen
Aufwandes.
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Ein weiterer Nachteil solcher Meßsysteme ist der technische Aufwand
für die in allen drei Koordinatenrichtungen erforderlichen Tasterführungen. Diese
müssen alilich in Antagtrichtung möglichst flexibel und reibungsfrei, in der zur
Antastrichtung senkrechten Achse jedoch möglichst steif sein.
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Ferner sind Kleunungen erforderlich, damit beim Antasten schräger
Flächen der Taster nicht in det zur Meßrichtung senkrechten Achsen ausweichen kann.
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Bei Wegmeßsystemen dieser Art ist es außerdem von Nachteil, daß zur
Erzielung reproduzierbarer Meßergebnisse die Einhaltung definierter Meßkräfte erforderlich
ist, deren Realisierung einen hohen mechanischen Aufwand voraussetzt.
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Es ist bei Meßsystemen ferner bekannt, zur Messung der Größe einer
Relativbewegung eines Objektes sich eines Paares optischer Gitter zu bedienen. Dabei
ist ein Gitter dem zu vermessenden Objekt, das andere einem Taster zugeordnet. Aus
der Bewegung der Gitter zueinander werden elektrische Impulse abgeleitet, deren
Anzahl ein Maß fUr die Größe der Bewegung ist. Diese Wegmeßsysteme unterliegen jedoch
dem Nachteil, vor allem bei kleinen Relativbewegungen ungenaue Meßergebnisse zu
liefern, da Gitter und Objekte nicht ausreichend stabil miteinander zu verbinden
sind.
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Deshalb ist es auch üblich, den Taster federnd zu gestalten, damit
er bei Berührung mit dem zu vermessenden Objekt ausweichen kann. Eine exakte Ausrichtung
des Tastertrlgers ist dann nicht mehr erforderlich.
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Für Messungen in zwei Koordinatenrichtungen ist jedoch eine einen
bedeutenden technischen Aufwand erfordernde Elastizität des Tasters in zwei Koordinatenrichtungen
unumginglich, damit sich auftretende Fehler nicht verdoppeln.
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Aus diesem Grunde ist in der US-P8 3 394 248 vorgeschlagen worden,
das zu vermessende Objekt mit eines Rauptgitterpaar und das den Taster tragende
Objekt mit eines Zuntaqitterpaar zu versehen. Beim Meßvorgang werden zunächst die
von Hauptgitterpaar abgeleiteten elektrischen Impulse in eines Zahler gezählt. Ab
dem Berührungszeitpunkt zwischen Taster und dem zu vermessenden Objekt werden auch
vom Zusatiqitterpaar elektische Impulse abgeleitet, die sich je nach Bewegungsrich-
tung
des zu vermessenden Objektes zur Anzahl der vom Hauptgitterpaar abgeleiteten Impulse
addiert bzw. von diesem subtrahiert werden. Dadurch ist der exakte Berührungspunkt
zwischen Taster und zu vermessendem Objekt ermittelbar. Nachteilig bei diesem Maß
system ist der hohe technische Aufwand wegen der Notwendigkeit zweiter Gitterpaare.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein universell
anwendbares Verfahren zur Meßwerterfassung an Prüflinge unter Verwendung eines relativ
zu diesem bewegten mechanischen Tasters sowie Meßwertgebern zu nennen, welches sich
gegenüber dem Bekannten durch Verwendung einer einfach aufgebauten Einrichtung sowie
durch hohe Meßgenauigkeit auszeichnet.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, bei
welchem zur Meßwerterfassung an Prüflingen ein relativ zu diesen bewegter mechanischer
Taster verwendet ist und das sich dadurch auszeichnet, das im Augenblick des Zusammentreffens
von Taster und Prüfling ein Signal erzeugt wird und daß dieses Signal dann zum Festhalten
des im Augenblick des Zusarmentreffens vorhandenen Meßwertes der Meßwertgeber benutzt
wird.
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In weiterer Ausgestaltung dieses Verfahrens ist es auch möglich, daß
mit dem im Augenblick des Zusanentreffens von Taster und Prüfling erzeugten Signal
ein Speicher gesteuert wird, welcher den augenblicklichen Meßwert speichert, und
daß aus der Fortsetzung der Relativbewegung zwischen Taster und Prüfling ein zweites
Signal abgeleitet wird, webeheg den gespeicherten Maßwert fUr Rechenvorginge und/oder
zur Anzeige freigibt.
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Dabei kann die Ableitung des zweiten Signals wegabhingig erfolgen.
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Zur DurchfUhrung des Verfahrens wird eine Einrichtung mit einem elastisch
gelagerten und relativ zum Prüfling bewegten mecha-
nischen Taster,
wenigsten. einem diesem zugeordneten lageempfindlichen Geber und mit die Relativbewegung
zwischen Prflfling und Taster erfassenden Meßwertgebern mit Zähler angegeben, welche
dadurch gekennzeichnet ist, daß der Geber mit dem Zähler der Meßwertgeber elektrisch
verbunden ist und diesen zur Fixierung der jeweils bei Berührung zwischen Taster
und Prüfling anstehenden Meßwerte blockiert.
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Weiter wird für eine solche Einrichtung vorgeschlagen, daß dem Zähler
der Meßwertgeber ein Speicher nachgeschaltet ist und daß Mittel vorhanden sind,
welche in Abhängigkeit von aus der Relativbewegung abgeleiteten Signalen den Datenfluß
zwischen Zahler und Speicher steuern.
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Von Vorteil ist es für die genannten Einrichtungen, wenn der Taster
mittels eines Knickgelenkes an einer Halterung montiert und ihm ein Schaltglied
zugeordnet ist, der, durch die Knickbewegung betätigt, den Datenfluß zwischen Speicher
und einem nachgeschalteten Rechner und/oder einer nachgeschalteten Anzeigevorrichtung
freigibt.
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Außerdem können erfindungsgemlß Mittel vorhanden sein, welch den Taster
in oszillierende Bewegung versetzen.
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Gleichfalls ist es erfindungsgemlß möglich, daß der lageempfindlic#e
Geber vom Prüfling selbst im Zusammenw@@@en mit dem Taster gebildet ist.
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In den Zeichnungen ist die Erfindung in Ausführungsbeispielen schematisch
dargestellt und in folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine erfindungsgemäße
Einrichtung mit Zähler (und Anzeige) und/oder mit Speicher (und Anzeige), Fig. 2
eine erfindungsgemäße Einrichtung mit einem einen
Schalt impuls
erzeugenden Schalter, Fig. 3 eine Einrichtung mit oszillierendem Taster und elektronischer
Auswerteschaltung.
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Fig. 4 eine Einrichtung mit lageempfindlichem Geber aus Taster und
Prtfling, Fig. 5 das Xnickgelenk mit dem den Schalt impuls auslösenden Schalter
in Einzelheit und geschnittener Seitenansicht und Fig. 6 das Knickgelenk gemäß Fig.
5 in Vorderansicht.
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In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Durchführung
des neuen Verfahrens schematisch dargestellt. Mit einer Halterung 1 ist ein Knickgelenk
2 verbunden, in welchem ein Taster 3 elastisch lagert. Mit zum Taster 3 soll ein
Prüfling 4 zur Vermessung angetastet werden. Dazu ist dieser auf einem in den Richtungen
der Pfeile 5 verstellbaren Meßtisch 6 befestigt Der Meßtisch 6 ist mit einer Teilung
7 versehen, welche zusammen mit fotoelektrischen Empfängersystemen 8 einen Meswertgeber
bildet. ki Verschiebung des Meßtisches 6 in einer der Richtungen der Pfeile 5 werden
von dem Meßwertg@ber elektrische Impulse erzeugt, die von einem Zähler 9 gezählt
werden.
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Zum Festhalten des Meßwertes, der zum Zeitpunkt der Berührung zwischen
Taster 3 und Prüfling 4 im Zähler 9 ansteht, ist letzterer elektrisch mit einem
lageempfindlichen Geber 10, z.B.
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eine Mikrofon oder Beschleunigungsaufnehmer, verbunden, welcher des
Taster 3 zugeordnet ist und der im Berührungsaugenblick ein Signal abgibt, welches
den Zähler 9 stoppt und gleichzeitig die Relativbewegung abschaltet. Der ii Zähler
9 anstehende Wert kann nunmehr an einer Anzeigevorrichtung 11 abgelesen werden.
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Soll der wert des Zählers 9 gespeichert werden, so schaltet man, wie
in Fig. 1 gestrichelt dargestellt, mit Vorteil den dafür vorgesehenen Speicher 13
über eine Torstufe 12 an den Zähler 9 an.
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Die Steuerung der Tor stufe 12 kann zeit abhängig aus den Signalen
des Meßwertgebers 7, 8 derart abgeleitet werden, daß der Wert des Zählers 9 erst
eine bestisite Zeit nach Abklingen der Relativbewegung zwischen Taster 3 und Prüfling
4, d.h., dem Nichtmehranfallen von Impulsen am Empfängersystem 8, in den Speicher
13 übernommen wird.
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Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2, in welcher - wie auch in allen
noch zu beschreibenden Beispielen - die die gleiche Funktion wie in Fig. 1 ausübenden
Bauteile die gleichen Bezugszeichen tragen, ist ein dem Xnickgelenk 2 zugeordnetes
Schaltglied 14 dargestellt, mit welchem aus der Fortsetzung der Relativbewegung
zwischen Taster 3 und Prüfling 4 über den Berührungspunkt hinaus ein Schalt impuls
erzeugt wird. Dieser Schaltimpuls, dessen Entstehung im Zusammenhang mit den Fig.
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5 und 6 noch näher beschrieben werden wird, öffnet eine Torstufe 15.
Dadurch kann ein Rechner 16 die im Speicher 13 gespeicherten Daten übernehmen und
verarbeiten. Des Rechner 16 ist eine Anzeigevorrichtung 11 b zugeordnet.
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Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen lageewpfindlichen Geber
sowie ein Beispiel für eine elektronische Signalauswerteschaltung. Bin @@zillator
17, z.B. ein elektromagnetisches Schwinger, versetzt den Taster 3 in hochfr.quente
Schwingungen kleinster Amplitude. Bei Berührung zwischen Taster 3 und Prüfling 4
wird die Amplitude der, Schwingung, unabhängig davon, ob die Berührung in Schwingungsrichtung
oder senkrecht dazu erfolgt, stark beeinträchtigt. Aus dieser Beeinträchtigung läst
sich ein Signal ableiten, das den Abruf der Zählwerte in den Rechner 16 veranlaßt.
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Um den Berührungszeitpunkt exakt festzustellen, wird aus der Schwingbewegung
ein Signal abgeleitet, welches bei Bertihrung zwischen Taster 3 und Prüfling 4 infolge
der dadurch bewirkten Störung der Schwingbewegung - stark ansteigt. Die Erzeugung
dieses
Signals erfolgt mittels eines Meßkondensators 18, eines diesem nachgeschalteten
Verstärker 19, eines phasenunempfindlichen Gleichrichters 20, eines Tiefpasses 21
sowie eines Differenziergliedes 22.
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Mit Hilfe dieses Signals wird eine Triggerstufe 23 gesteuert, die
ihrerseits den Zähler 9 stoppt. Dem Zähler 9 können in bereits oben beschriebener
Weise ein Speicher 13 und/oder ein Rechner 16, eine Anzeigevorrichtung 11 oder 11
a oder 11 b eowie eine oder mehrere Torstufen 12, 15 nachgeschaltet sein.
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Beim in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der lageempfindliche
Geber vom Prüfling 4 und dem Taster 3 selbst gebildet. Dazu sind der Prüfling 4
bzw der Taster 3 mit dem negativen bzw. positiven Pol einer nicht mit dargestellten
Stromquelle verbunden. Infolgedessen entsteht im Augenblick des Kontaktes zwischen
Prtfling 4 und Taster 3 ein Stromimpuls, der über einem Impulsgeber 24 den Zähler
9 stoppt und so den anstehenden Wert der vom Meßwertgeber 7, 8 ausgehenden Impulse
fixiert. Dieser Wert kann beispielsweise mittels der Anzeigevorrichtung 11 zur Anzeige
gebracht werden.
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Die elastische Lagerung des Tasters 3 im Knickgelenk 2 dient im wesentlichen
dazu, dem Taster 3 das Ausweichen in allen erforderlichen Richtungen zu ermöglichen
und ein. beim Antasten eines Prüflinge erforderlichen Freihub zu gewährleisten.
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Außerdem kann, wie bereits weiter oben beschrieben, durch die Fortsetzung
der Rolativbewegung zwischen Prüfling 4 und Taster 3 ein Schalt impuls erzeugt werden,
durch den die im Speicher 13 abgelegten Daten zur weiteren Verarbeitung im Rechner
16 und/ oder zur Anzeige in der Anzeigevorrichtung 11 b freigegeben werden.
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Die Erzeugung des Impuls ist wegabhängig und oll eine uner-
wünscht
Meiwertubernahme verhindern, wie sie beispielsweise durch unbeabsichtigtes Berühren
des Tasters 3 oder ähnliche Störungen hervorgerufen werden kann.
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Eine mögliche Ausgestaltung des Knickgelenkes 2 mit Schalter 14, die
eine hohe Reproduziergenauigkeit der Ausgangslage gewährleistet, ist in den Fig.
5 und 6 dargestellt. Der Taster 3 ist an einem U-förmigen Gelenkstück 25 verschraubt.
An der Innenseite des linken Schenkels 25 a sind Kugeln 26, 27 und 28 fest eingelassen.
Ein zweites. mit der Halterung 1 einstückiges Gelenkteil 29 trägt Vertiefungen 30,
31 und 32, von denen z.B. die mit 30 und 31 gekennzeichneten kegelförmig sind und
die mit 32 bezeichnete zylindrisch ist. In diesen Vertiefungen lagert das Gelenkstück
25 mit seinen Kugeln 26, 27 und 28. Eine Zugfeder 33, welche durch miteinanderfluchtende
Bohrungen 34 bzw. 35 im Gelenkstück 25 und Gelenkteil 29 gelegt ist, verbindet diese
federnd miteinander. Die Lagerungsform gewährleistet ein Ausweichen des Tasters
3 in allen Richtungen.
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Zum eventuell erforderlichen Ausgleich des Tastergewichtes kann eine
oder mehrere Ausgleichsfeder(n) 36 vorgesehen sein, die mit ihre(n) unteren Ende(n)
36 a an einem ii Gelenkstück 25 eingepresten Haltestift 37 und mit ihrow(n) oberen
Xnde(n) 36 b im halterungsfesten Gelenkteil 29 eingehängt ist.
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Der andere Schenkel 25 b des Gelenketückes 25 umgreift das freie Ende
des Gelenkteiles 29 und steht in Wirkverbindung mit einem das Schaltglied 14 bildenden
Mikroschalter 38, der im Schwerpunkt der Gelenklagerung fest mit dem Gelenkteil
29 verbunde ist und der durch das Ausheben der Gelenklagerung bei entsprechender
Relativbewequng des Gelenketückes 25 und des Gelenkteiles 29 gegeneinander geöffnet
oder geschlossen wird.
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Dadurch kann über einen nicht mitdargestellten Stromkreis die Torstufe
15 betätigt werden, welche daraufhin dann den gspeicherten Meßwert zur Weiterleitung
an den Rechner 16 freigibt.
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