DE3719731C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Eine solche, aus der US-A-45 66 201 bekannten Meßeinrich­ tung weist eine Spindel auf, die in einem Gehäuse geführt ist. Die Spindel trägt eine Hauptskala, die zwischen einem LED-Element und einer Indexskala bewegt werden kann. Neben der Indexskala ist ein Lichtempfangselement angeordnet. Die Indexskala, das LED-Element und das Lichtempfangselement sind mit dem Gehäuse fest verbunden. Möglichkeiten zur Erfassung der Position der Sensorele­ mente zueinander und zur Justierung dieser sind in dieser Meßeinrichtung, die sich durch einen besonderen Stoßabsorptionsmechanismus auszeichnet, nicht vorgesehen.

Allgemein bekannt sind mechanische Meßuhren, bei welchen an einem vorderen Endbereich eine Spindel vorgesehen ist, die ein Meßelement umfaßt, welches verschiebbar in dem Gehäusekörper gelagert ist. Eine axiale Bewegung der Spindel wird mittels eines Übersetzungsmechanismus in eine Drehbewegung eines Zeigers umgewandelt. Der gemesse­ ne Wert kann dann unter Zusammenwirkung zwischen dem Zei­ ger und Anzeigeeinrichtungen abgelesen werden. Ebenfalls allgemein bekannt sind auch als Längenmeßvorrichtung die­ nende elektronische Meßuhren. Bei diesen wird eine Bewe­ gung über einen Detektor, der in der Vorrichtung vorge­ sehen ist, in ein elektrisches Signal umgewandelt, wel­ ches mittels einer Anzeigeeinrichtung elektronisch ange­ zeigt wird, beispielsweise mittels einer Digital- und/oder Analoganzeige. Die letztere Art von Vorrichtun­ gen ist weit verbreitet, vor allem wegen ihrer hohen Ge­ nauigkeit und wegen der leichten Ablesbarkeit.

Die Detektoren oder Aufnehmer dieser Vorrichtungen können in Form eines elektrostatischen Kapazitätssystems, eines fotoelektrischen Systems, eines magnetischen Systems, eines Kontaktpunktsystems oder in ähnlicher Weise gemäß den Anforderungen und entsprechend dem Verwendungszweck, der erforderlichen Meßgenauigkeit und des Energiever­ brauchs ausgebildet sein. Alle diese Systeme sind jedoch so ausgestaltet, daß ein erstes und ein zweites Sensor­ element an einem bewegbaren Element, wie der Spindel und an einem feststehenden Element, wie dem Ge­ häusekörper so vorgesehen sind, daß sie relativ zueinan­ der bewegbar sind. Das erste und das zweie Sensorelement können in ihrer Abmessung gemäß dem zu verwendenden Prin­ zip oder System variiert werden und können in Form eines Paares von Elektrodenplatten, die einander gegenüberlie­ gend angeordnet sind, in Form einer Hauptskala und einer Indexskala mit optischen Gittern, die einander zugeordnet sind, in Form einer magnetischen Skala und eines Magnet­ kopfes oder in Form einer Elektrodenplatte und eines elektrischen Kontaktes ausgebildet sein. Unter der Be­ dingung, daß die relative Zuordnung und Positionierung zwischen den Sensorelementen in ordnungsgemäßer Weise er­ folgt, ist eine derartige Vorrichtung in der Lage, eine Auflösung in der Größe einer Strichteilung von 10 µm zu erzielen.

Bei den bekannten Detektoren oder Aufnehmern trat jedoch das Problem auf, daß der Zusammenbau und die Justierung der gegenseitigen Position der Sensorelemente sich ausge­ sprochen schwierig gestalten.

Aufgabe der Erfindungist es, eine Längenmeßvorrichtung mit einer hohen Meßgenauigkeit bei einfacher Teileher­ stellung und Montage zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist mit einer Justier­ einrichtung versehen, die so ausgebildet ist, daß eines der beiden Sensorelemente mit einer Positionsanzeige ver­ sehen ist und das andere Sensorelement an einer Justier­ platte befestigt ist, wodurch eine gewünschte Positionie­ rung der beiden Sensorelemente zueinander vollzogen wer­ den kann. Die Erfassung der Position der beiden Sensor­ elemente zueinander sowie deren Justierung ermöglicht eine einfache Montage der Vorrichtung.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungs­ beispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Gesamtansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Längenmessung;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der wesentlichen Bereiche der Positioniereinrichtung sowie zuge­ höriger Teil;

Fig. 3 eine vergrößerte Teilansicht des ersten Sensorelements und

Fig. 4 eine Gesamtansicht der Vorrichtung.

Die Vorrichtung zu Längenmessung ist im we­ sentlichen in Form einer elektronischen Meßuhr ausgebildet, bei wel­ cher ein Aufnehmer verwendet wird, der nach einem elektrostatischen Kapazitätssystem unter Verwendung einer Phasendiskriminierung arbei­ tet. Diese Meßuhr ist in den Fig. 1 bis 4 dargestellt. Die Ausge­ staltung des Aufnehmers ist im wesentlichen gleich zu der in Zusammen­ hang mit den Fig. 5 und 6 beschriebenen Ausgestaltung, so daß gleiche Teile oder ähnliche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen sind. Zur Vermeidung von Wiederholungen wurde bei diesen Teilen auf eine nochmalige detaillierte Beschreibung verzichtet.

Die in Fig. 4 gezeigte Vorrichtung weist eine Spindel 11 auf, welche axial (in vertikaler Richtung gemäß der Darstellung in Fig. 1) ver­ schiebbar an einem Gehäusekörper 1 gelagert ist, und zwar mittels ei­ nes Ansatzes 6. Weiterhin ist ein äußerer Rahmen 9 vorgesehen, der ei­ ne Anzeigeeinrichtung 21 aufweist. Außerdem sind Schalter 22 oder ähn­ liches drehbar an dem Gehäusekörper 1 vorgesehen. Bei einer Bewegung der Spindel 11 in vertikaler Richtung kann ein Meßwert in Form von digitalen und/oder analogen Werten an der Anzeigeeinrichtung 21 abge­ lesen werden, wenn sich ein Meßelement 14, das an dem vorderen Endbe­ reich der Spindel 11 vorgesehen ist, in Kontakt mit einem zu messenden, nicht dargestellten Werkstück befindet. Zu diesem Zweck weist der Ge­ häusekörper 1 ein erstes Sensorelement 30 sowie ein zweites Sensorele­ ment 40 auf, sowie eine Positioniereinrichtung 50, eine Paralleljustier­ einrichtung 60 und ähnliche Bauelemente, welche den Aufnehmer 100 bil­ den.

In den Fig. 1 und 2 ist angezeigt, daß die bewegbare Platte 41 des zwei­ ten Sensorelementes 40 an einem rechteckigen Lagerelement 12 befestigt ist, welches an der Spindel 11 befestigt ist, wobei das Lagerelement 12 als elektrischer Leiter dient, und zwar über ein in hohem Maße elek­ trisch leitfähiges Klebemittel 46. Das bewegbare Element 41 dieses Aus­ führungsbeispiels ist aus einem elektrischen Isolator, wie etwa aus 32 den Empfängerelektroden 33 und den Koppelelektroden 42 auf einen vorbestimmten und konstanten Wert eingestellt ist. Die jeweiligen ex­ zentrischen Bolzen 56 werden durch eine Drehung derart eingestellt, daß die längliche Durchgangsausnehmung, welche den Positionsanzeiger 51 bildet, visuell von der rückseitigen Fläche der bewegbaren Platte 41 eingesehen werden kann, d. h. von der in Fig. 1 dargestellten rück­ seitigen Seite. Die Bezugslinie S, welche die Endkante der Durchgangs­ ausnehmung bildet, stimmt dann mit dem in Fig. 3 dargestellten Verbin­ dungsmuster überein. Nach der Positionierung wird die Justierplatte 54 in der eingestellten Stellung mittels der Einstellschrauben 59 an dem stationären Rahmen 3 befestigt. Zusätzlich kann, falls erforderlich, eine feste Verbindung mittels eines Klebemittels vorgenommen werden. Anschließend wird ein Endbereich 18 des flexiblen Anschlußdrahtes 5 mit der Anzeigeeinrichtung 21 oder einer ähnlichen Anzeigeeinrichtung verbunden. Der äußere Rahmen 9 wird anschließend mit dem Gehäusekörper 1 verbunden, um auf diese Weise den Zusammenbau abzuschließen.

Wenn bei der in beschriebener Weise zusammengebauten und justierten Vorrichtung die Spindel 11 verschoben wird, während sich das Meßelement 14 in Kontakt mit einem zu messenden Werkstück befindet, kann ein gemessener Wert an der Anzeigeeinrichtung 21 abgelesen werden.

Folglich ist es bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel möglich, ei­ ne Fluchtung des Verbindungsmusters 37, welches an dem ersten Sensor­ element 30 vorgesehen ist mit der Lage des Positionsanzeigers 51, der an der bewegbaren Platte 41 des zweiten Sensorelements 40 vorgesehen ist, visuell zu überprüfen, wobei eine Übereinstimmung der gegenseiti­ gen Lage der beiden Elemente durch Betätigung der Positioniereinrich­ tung 50 hervorgerufen werden kann. Im Gegensatz zu dem konventionellen Positionierverfahren, bei welchem die stationäre Platte 31 des ersten Sensorelements 30 und die bewegbare Platte 41 des zweiten Sensorele­ ments 40 jeweils vorher fixiert werden mußten und bei welchem beide Elemente anschließend auf ihre Lage überprüft wurden, wobei die Vor­ richtung wieder auseinandergebaut und nachreguliert wurde, und zwar auf der Basis verschiedener Wellenformen der Spannungen, welche durch ein direkte Betätigung der Vorrichtung erzielt wurden, ist es gemäß dem beschriebenen Verfahren möglich, eine Positionierung schnell und mit hoher Genauigkeit vorzunehmen, so daß die Auflösung und Genau­ igkeit des Aufnehmers 100 in starkem Maße gesteigert werden kann. Da­ bei kann eine Auflösung von weniger als 1 µm erreicht werden. Weiterhin ist eine stabile und wiederholbare Messung sichergestellt und es ist möglich, die Vorrichtung insgesamt kompakt auszubilden. Da weiterhin die Positioniereinrichtung 50 die in großer Genauigkeit auf der stationären Platte 31 ausgerichteten Verbindungs­ muster 37 verwendet, ist kein einzelner zusätzlicher Bearbeitungsgang für die Positionierung erforderlich, wodurch die Gesamtkonstruktion vereinfacht und wirtschaftlich ausgebildet sein kann und wodurch eine direkte Positionierung vorgenommen werden kann.

Die Paralleljustiereinrichtung 60 weist, wie beschrieben, die Führungs­ nut 62 auf, die in dem winkelmäßig neigbaren Führungselement 61 vorge­ sehen ist, so daß die Funktion einer Verhinderung der Drehung der Spin­ del 11 und eine geradlinige Bewegung der Spindel sichergestellt werden können. Weiterhin ist dadurch eine parallele Führung des zweiten Sen­ sorelements 40 relativ zu dem ersten Sensorelement 30 erreichbar. Ein weiterer Vorteil ist dadurch gegeben, daß die Konstruktion dieser Vorrichtung leicht herstellbar und ökonomisch fertigbar ist, im Vergleich zu konventionellen Ausgestaltungen, bei welchen die Führungsnut einstückig an dem Gehäusekörper 1 ausgebildet ist.

Da weiterhin der Detektor oder Aufnehmer 100 des elektrostatischen Kapazitätssystems, welches eine Phasendiskriminierung verwendet, bei der Vorrichtung in der bevorzugten Ausführungsform verwendet werden kann, bei welcher sich die Spindel bewegt, wie etwa bei einer konventionellen elektro­ nischen Meßuhr, welche keinen Bereich aufweist, der mit der Hauptskala 71 korrespondiert, erweist es sich als vorteilhaft, daß die Vorrichtung zur Längenmessung mit großer Genauigkeit und kompakten Ab­ messungen ausgebildet sein kann.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der geradlinige Bereich an der Endkante der länglichen Durchgangsausnehmung der bewegbaren Platte 51 ausgebildet, wobei die längliche Durchgangsausnehmung den Positionsanzeiger 51 darstellt, und dient als Bezugslinie S. Es kann jedoch auch ausreichend sein, visuell das vorbestimmte Muster an der Seite der stationären Platte 31 von der Seite der bewegbaren Plat­ te 41 aus zu inspizieren. Deshalb kann es auch möglich sein, eine mit einem vorgegebenen Muster korrespondierende Kurve, eine unterbro­ chene Linie, die in regelmäßigen Intervallen angeordnet ist, eine rechtwinklige Markierung oder ähnliches zu verwenden. Wenn jedoch die Bezugslinie S verwendet wird, dann ergibt sich daraus der Vorteil, daß die Positionierung über einen großen Bereich hinweg in effektiver Wei­ se erfolgen kann, während die Spindel 11 bewegt wird. In diesem Zusam­ menhang ist zu erwähnen, daß die Positionsanzeige 51 anstelle der Durch­ gangsausnehmung auch in Form einer farbigen Kerbe oder eines Schlitzes ausgebildet sein kann, wenn die bewegbare Platte 41 aus einem licht­ durchlässigen Material gefertigt ist. Weiterhin ist es möglich, als vorbestimmtes Muster anstelle des Verbindungsmusters 37, welches als Anschluß- oder als Verbindungsdraht zur Energieversorgung der Sende­ elektroden 32 dient, die jeweiligen Sendeelektroden 32 direkt zu ver­ wenden. Es sollten jedoch vorzugsweise Muster verwendet werden, welche zur Ausbildung des Aufnehmers 100 benötigt werden. Wenn folglich der Aufnehmer 100 als fotoelektrisch arbeitender Typ ausgebildet ist, soll­ ten optische Gitter oder ähnliches, die zur Feststellung der jeweili­ gen Lage dienen, als Muster verwendet werden. Es ergibt sich, daß die Muster bei den jeweils zur Anwendung kommenden Grundprinzipien und Systemen unterschiedlich ausgebildet sein können.

Wie sich aus obenstehender Beschreibung ergibt, weist die Vorrichtung in der bevorzugten Ausführungsform den besonderen Vorteil auf, daß die Gesamtkonstruktion wesentlich vereinfacht werden kann, daß eine Positionierung der Relativlage der beiden Sensorelemente schnell erfolgen kann und daß eine Längenmessung mit hoher Genauigkeit vorgenommen werden kann.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Längenmessung mit einer Spindel, die mit einem Meßelement versehen ist und verschiebbar an einem Gehäusekörper gelagert ist und einen Aufnehmer zur Ermittlung einer Verschiebung der Spindel in deren axialer Richtung, wobei der Aufnehmer ein erstes Sensor­ element umfaßt, welches an dem Gehäusekörper gelagert ist und an welchem vorbestimmte Muster ausgebildet sind, so­ wie ein zweites Sensorelement umfaßt, welches dem ersten Sensorelement gegenüberliegend angeordnet ist und ein­ stückig an der Spindel befestigt ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Justierung der Sensorelemente (30, 40) zueinander das zweite Sensorelement (40) mit einer Posi­ tionsanzeige (51) versehen ist, die eine Bezugslinie (S) aufweist, welche in Form einer sich parallel zu der Längsachse der Spindel (11) erstreckenden Durchgangsaus­ nehmung ausgebildet ist; daß das erste Sensorelement (30) an einer Justierplatte (54) befestigt ist, die mit dem Gehäusekörper (1) verbunden ist, daß die Justierplatte (54) eine Positionierung des ersten Sensorelementes (30) relativ zu dem zweiten Sensorelement (40) ermöglicht, und daß das erste Sensorelement (30) nach einer Lagejustie­ rung an dem Gehäusekörper (1) lagerbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionsanzeige (51) an der einstückig mit der Spindel (11) ausgebildeten bewegbaren Platte (41) ausge­ bildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die bewegbare Platte (41) aus einem licht­ durchlässigen Material gefertigt ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Justierplatte (54) mittels mehre­ rer exzentrischer Elemente (56) in ihrer Lage einjustier­ bar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekenn­ zeichnet durch eine Paralleljustiereinrichtung (60) zur Justierung der Parallelität zwischen dem ersten Sensor­ element (30) und dem zweiten Sensorelement (40).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Paralleljustiereinrichtung (60) ein Führungsele­ ment (61) umfaßt, welches an dem Gehäusekörper (1) vorge­ sehen ist, sowie ein Eingriffsbauteil (66), welches an seinem innenliegenden Endbereich an der Spindel (11) be­ festigt ist und dessen anderer Endbereich mit dem Füh­ rungselement (61) in Eingriff ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungselement (61) eine Führungsnut (62) auf­ weist, die parallel zur Längsachse der Spindel (11) ange­ ordnet ist und winkelmäßig neigbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Sensorelement (30) eine stationäre Platte (3) umfaßt, welche an dem Gehäusekörper (1) gelagert ist, sowie Sendeelektroden (32) und eine Empfängerelektrode (33), die an der stationären Platte (3) ausgebildet sind, daß das zweite Sensorelement (40) eine bewegbare Platte (41) umfaßt, die einstückig mit der Spindel (11) ausgebildet ist, sowie Koppelektroden (42) und Erdungselektroden (43), die an der bewegbaren Platte (41) vorgesehen sind und daß die bewegbare Platte (41) an ihrer Umfangsfläche mit einer elektrisch leitfähigen Schicht (45) versehen ist, wobei die Erdungselektroden (43) und die Spindel (11) miteinander mittels der leit­ fähigen Schicht (45) in elektrischer Verbindung stehen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegbare Platte (41) und die Spindel (11) mit­ tels eines elektrisch leitfähigen Klebmittels (46) ver­ bunden sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung in Form einer elek­ tronischen Meßuhr ausgebildet ist.