DE2234146C2 - Elektrische Längenmeßeinrichtung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Längenmeßeinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

In der modernen Fertigungstechnik mit ihren immer größer werdenden Geschwindigkeiten und ihren immer höhiir werdenden Genauigkeitsforderungen ist es in zunehmendem Maße notwendig, beim Messen von Längen die Einflüsse von Temperaturänderungen zu kennen, zu berücksichtigen und zu korrigieren. Beim vergleichenden Messen von Längen werden in der Regel sogenannte Einstellmeister als Meßnormale benutzt. Es ist wichtig, die Temperaturänderungen bei Längenmessungen zwischen Meßstation und Meßnormal und den zu prüfenden Werkstücken genau zu erfassen, um die durch Temperaturänderungen bedingten Fehlmessungen zu korrigieren. Normalerweise wird die Abweichung des Ist-Wertes einer Länge von dem Soll-Wert einer Länge gemessen. Dabei ist zu beachten,· daß z. B. bei Paarungsmessung mehrere Maße gleichzeitig erfaßt werden. Die Einstellung auf die Soll-Werte erfolgt dann mit mehreren Meßnormalen. Im Normalfall haben die Meßstationen und die Meßnormale dieselben Temperaturen und dieselben Ausdehnungskoeffizienten, so daß durch Temperaturunterschiede zwischen Meßstation und Meßnormalen keine Fehler entstehen. Wenn die zu messenden Werkstücke eine von der Meßstation und den Meßnormalen ab yeichende Temperatur aufweisen, erfolgt eine Fehlmessung, die durch geeignete Maßnahmen korrigiert werden muß.

Unter der Voraussetzung, daß das Werkstück, das Meßnormal und die Meßstation die gleiche Temperatur haben, sind zur Feststellung der Längenkorrekturwerte einfach Meßgeräte anwendbar, z.B. Mikrometer, mit denen bei beliebigen Umgebungstemperaturen die Größe des Werkstücks relativ zum Meßnormal genau festgestellt werden kann.

In der Praxis ist diese Voraussetzung meist nicht erfüllt, woraus sich die Forderung ergibt, durch Temperaturänderung entstandene Fehler zu korrigieren.

Durch die Zeitschrift »Konstruktion, Elemente, Methoden«, (KEM) Februar 1971, S. 61-64, ist ein Meßverfahren zur Korrektur des Temperatureinflusses bei spanabhebenden Fertigungen bekannt Es handelt sich dabei um ein Meßgerät, das im wesentlichen aus der Temperaturfühlerspannung, die der Differenztemperatur zwischen dem zu messenden Werkstück und dem Meßnormal proportional ist, und unter Berücksichtigung des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Werkstückes und dessen Abmessung einen Längenkorrekturwert bestimmt Dieses Meßverfahren setzt voraus, daß die Wärmezufuhr gleichmäßig stattgefunden hat und daß die zugeführte Wärme in der relativ kurzen Zeit zwischen Wärmezufuhr und Messung sich soweit im Werkstück ausgleichen konnte, daß nur noch geringe Temperaturunterschiede innerhalb des Werkstücks gegeben sind. Die notwendige Wartezeit bis zur Durchführung der Messung wird bei einem Erststück ermittelt, indem man die Ablesung des Meßwertes nach mehreren Zeitabständen wiederholt und dadurch den stationären Zustand erkennt Vor jedem Meßvorgang wird das Meßgerät auf den Meßwert 0 eingestellt, wobei als Bezugswert jeweils die Temperatur des Meßnormals genommen wird. Die Längenmessung erfolgt mit einer Meßuhr. Soll nun das Werkstück relativ zu einem Meßnormal ausgemessen werden, wird der Längenunterschied zwischen Werkstück und Meßnormal mittels der Meßuhr festgestellt. Gleichzeitig stellt das Meßgerät über den Temperaturfühler und die am Meßgerät einstellbaren Werte von Wärmeausdehnungskoeffizienten des Werkstücks und dessen Abmessung einen Längenkorrekturwert fest. Aus den an der Meßuhr und dem Meßgerät ablesbaren Werten kann jetzt der wirkliche Längenkorrekturwert errechnet werden..

Ein Nachteil dieses Meßverfahrens besteht darin, daß vor jedem Meßvorgang zeitraubend und umständlich auf die Abmessungen und Temperatur des Meßnormals abgeglichen werden muß, um genaue Messungen durchführen zu können. Ein weiterer erheblicher Nachteil besteht darin, daß Temperaturänderungen während des Meßvorgangs nicht berücksichtigt werden, da ohne großen und zusätzlichen Aufwand keine gleichzeitigen Kontrollmessungen am Meßnormal und der Meßeinrichtung vorgenommen werden können und ein O-Abgleich nicht kontinuierlich durchführbar ist.

Immerhin bewirkt eine Temperaturänderung von 0,5⁰C bei einem 1 m langen Aluminiumwerkstück schon eine Längenänderung von mehr als 10 μπτ. Diese Nachteile können nicht tolerierbare Meßfehler bedingen.

Durch die DE-AS 11 85 827 ist eine Meßmaschine bekannt, bei der mittels zweier Temperatursonden einmal die Temperatur des zu messenden Werkstücks und einmal die temperatur eines Endmaßes abgetastet und in einer Differentialvorrichtung zur Korrektur des Längenmeßwertes des Werkstücks herangezogen werden. Die Temperatur des bzw. der Längenmeßtaster selbst bleibt unberücksichtigt Sie kann sich jedoch aufgrund von Handhabungen, Änderungen der Umkehrungstemperatur und auch durch Wärmeabgabe von einem bearbeiteten Werkstück ändern. Solche Temperaturänderungen können beträchtliche Auswirkungen haben, da es sich bei den Längenmeßtastern um komplizierte mechanisch-elektrische Wandler handelt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteiie der bekannten Längenmeßeinrichtungen zu vermeiden und sicherzustellen, daß keine -vie auch immer gearteten Temperaturänderungen an dem Meßvorgang beteiligter Elemente auf das Meßergebnis Einfluß haben.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebene Lehre gelöst

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, das Meßnormal durch einen weiteren Längenmeßtaster zu messen, der sich in der gleichen Längenmeßeinrichtung befindet Das bedeutet, daß ein Vergleichsmeßkreis aufgebaut wird, der völlig gleich mit dem ersten Meßkreis ist, abgesehen von der Tatsache, daß statt des Werkstücks ein Meßnormal gemessen wird. Entscheidend hierbei ist nicht die Temperaturmessung des weiteren Meßnormals, sondern die Tatsache der Verwendung des weiteren oder zweiten Längenmeßtasters, der so selbst der Temperaturfühler ist, weil seine Ausgangsspannung von der Temperatur abhängt, wobei das Besondere darin liegt, daß der Temperaturgang identisch mit dem des ersten Längenmeßtasters ist Kurz gesagt lehrt die Erfindung die Verwendung eines zweiten Längenmeßtasters zur Nachbildung des Temperaturganges des ersten Längenmeßtasters. Dies ist von entschridendem Vorteil, weil de;· Temperaturgang des ersten Längenmeßtasters jedenfalls in der Praxis einen beliebigen und nicht ohne weiteres nachbildbaren Verlauf hat, so daß eine entsprechende Temperaturkompensation in der Rege¹ außer Betracht bleibt.

Nach der erfindungsgemäßen Lehre kommt es nicht darauf an, welchen Längenir.eßwert der zweite Längenmeßtaster mißt, sondern allein darauf, daß er einen mißt, und wird dieser durch Verwendung eines Meßfühlers an dem den Meßwen liefernden Meßnormal von dem Temperaturgang des Meßnormals befreit, so steht der Temperaturgang des zweiten Längenmeßtasters unmitcelbar zur Verfügung, und er wird unter entsprechender Bewichtung zu einem Korrekturwert für den Temperaturgang des ersten Längenmeßtasters verarbeitet Auf diese Weise ist der erste Längenmeötaster in der Lage, eine wahre Länge zu messen.

Eine weitere ähnliche Lösung der zugrunde liegenden Aufgabe besteht darin, daß ein weiterer Temperaturfühler vorgesehen ist, der die Temperatur eines zweiten, in der gleichen Längenrrießeinrichtung durch einen weiteren Längenmeßtaster gemessenen Meßnormals feststellt und der ein der festgestellten Temperatur entsorechendes Signal abgibt, das in ein Rechenwerk gelangt, welches unter Berücksichtigung des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Meßnormals und dessen Abmessung einen Längenkorrekturwert bildet, der in der Summiereinrichtung ebenfalls dem der Länge, die von dem ersten Längenmeßtaster abgetastet ist, entsprechenden Signalwert mit dem richtigen Vorzeichen hinzugefügt und so ein wahrer Längenmeßwert gebildet wird.

Die in dem Patentanspruch 2 angegebene Weiterbildung der Erfindung hat den Vorteil, daß genauso wie das Meßnormal auch die Meßeinrichtung selbst, also Stativ usw, hinsichtlich Abmessung und Wärmeausdehnungskoeffizient berücksichtigt wird. Die Einrichtung wird also genauso betrachtet, als sei sie ein Meßnormal, und die entsprechenden Größen werden genauso eingeführt Die Korrekturweise hinsichtlich des Meßnormals wird also in gleicher Weise noch einmal bei der Meßeinrichtung selbst, also Stativ usw., angewendet
Ein Auiführungsbeispiei der Erfindung soll anhand eines in der Zeichnung dargestellte:. Blockschaltbildes einer Einrichtung zur Ermittlung von Längenmeßfehlern mit Wechselspannungsspeisung näher beschrieben werden.

Es sind zwei Temperaturfühler 2 und 4, die z. B. aus temperaiurabhängigen Widerständen oder Halbleitern bestehen können, mit Andrückeinrichtungen 6 und 8, z. B. Federn, versehen, mit deren Hilfe die Temperaturfühler 2 und 4 mit einem konstanten Meßdruck an ein Meßnormal 10 an ein zu prüfendes Werkstück 12 anlegbar sind. Zwei Leitungen 14 und 16 verbinden die Temperaturfühler 2 und 4 mit einer Wechselspannungsquelle 18. Zwei weitere Leitungen 20 und 22 verbinden die Temperaturfühler mit einem Summierwerk 24, in dem die Spannungen, Temperaturfühler 2 und 4 liefern und die den Temperaturen des Meßnormals 10 und des zu prüfenden Werkstückes 12 proportional sind, addiert werden, derart, daß bei Temperaturgleichheit zwischen Meßnormal und zu prüfendem Werkstück bei gleichen Temperaturkoeffizienten am Ausgang der Korrekturwert Null erscheint. In dem Summierwerk 24 ist eine Einrichtung 26 zur Einstellung der Empfindlichkeit vorgesehen. Eine Leitung 28 verbindet das Summierwerk 24 mit einem Rechenwerk 30, in dem die Ausgangsspannung des Summierwerks 24 entsprechend dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der jeweils zu prüfenden Werkstücke bewichtet wird.

Eine Leitung 32 verbindet das Rechenwerk 30 mit einem Rechenwerk 34, in dem die Ausgangsspannung des Rechenwerks 30 entsprechend dem Längenwert des zu messenden Werkstückes bewichtet wird. Die Ausgangsspannung des Rechenwerkes 34 entspricht dem Längenkorrekturwert für das zu messende Werkstück. Zwei Lärigenmeßeinrichtungen 36 und 38 sind mit Tastern 40 und 42 versehen, die auf das Meßnormal 10 und das Werkstück 12 auffahrbar sind. Die Leitungen 44 und 46 verbinden die Längenmeßeinrichtungen, die vorzugsweise aus induktiven Wegaufnehmern bestehen über eine Leitung 48 mit der Wechselspannungsquelle 18, die in der Fig. 1 schematisch als Oszillator dargestellt ist. Eine Leitung 49 führt dem Rechenwerk 34 den durch die LängenmCßeinrichtung 38 festgestellten Wert für die Werkstücklänge direkt zu. Zwei Leitungen 50 und 52 und eine Leitung 54 verbinden die Längermeßeinrichtungen 36 und 38 und ··" das Rechenwerk 34 mit einem Summierwerk 56, in dem die Ausgangsspannungen der Längenmeßeinrichtungen 36 und 38 und des Rechenwerks 34 mit richtigen Vorzeichen addiert werden. Eine Leitung 58 verbindet

das Summierwerk 56 mit einem Verstärker 60, durch den die Ausgangsspannung des Summierwerks 56 verstärkt wird. Eine Leitung 62 verbindet den Verstärker 60 mit einem phasenabhängigen Gleichrichter 64, der durch die Leitung 66 mit der Spannungsquelle '> 18, die dem Gleichrichter 64 die Vergleichsphase liefert, verbunden ist. Die Ausgleichsspannung des Gleichrichters 64, die ein Maß für den Längenkorrekturwert relativ zum Meßnormal ist, kann wie in der Fig. 1 gezeigt ist. mittels eines Meßinstrumentes 68 angezeigt '" werden, wobei das Meßinstrument 68 in Längeneinheiten geeicht werden kann. Die Ausgangsgleichspannung kann darüber hinaus auch direkt zur Steuerung automatischer Bearbeitungsmaschinen ausgenutzt werden. Ergänzend sei noch bemerkt, daß die Einrichtung auch mit mehr als zwei Längenmeßeinrichtungen und Temperaturfühlern versehen sein und mit Gleichspannung versorgt werden kann. Die erfindungsgemäße Einrichtung kann vorteilhaft bei Paarungsmessungen eingesetzt werden.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Elektrische Längenmeßeinrichtung, mit einem ersten elektrischen Längenmeßtaster und mit einem ersten Temperaturfühler, der die Temperatur eines zu messenden Werkstückes feststellt und ein der festgestellten Temperatur entsprechendes elektrisches Signal abgibt, das in ein Rechenwerk gelangt, welches unter Berücksichtigung von Wärmeausdehnungskoeffizient und Abmessung des zu messenden Werkstückes einen Längenkorrekturwert für das Werkstück bildet, der in einer Summiereinrichtung der von dem elektrischen Längenmeßtaster abgegebenen Spannung hinzugefügt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Temperaiurfühler (2) vorgesehen ist, der die Temperatur eines in der gleichen Längenmeßeinrichtung durch einen weiteren Längenmeßtaster (36) gemessenen Meßnormals (10) feststellt und der ein der festgestellten Temperatur entsprechendes Signal abgibt, das jnit dem Signal des ersten Temperaturfühlers (4) in einem dem Rechenwerk (30, 34) vorgeschalteten Summierwerk (24) verglichen und so ein Differenzwert gebildet wird, aus dem in dem Rechenwerk (30, 34) unter Berücksichtigung des in dem Rechenwerk (30) einstellbaren Wärmeausdehnungskoeffizienten des Werkstückes (12) und des von dem ersten Längenmeßtaster (38) zugeführten Längenmeßwertes des Werkstückes (12) ein Längenkorrektursignal bildet, und daß in die Summiereinrichtung (56) außerdem der von dem weiteren Längenmeßtaster (36) abgetastete Längenmeßwert sowie mit dem richtigen Vor; eichen das Ausgangssignal des weiteren, dasxMeßnormal (10) abtastenden Längenmeßtasters (36) eingesp ist ist und so ein wahrer Längenmeßwert gebildet wird.

2. Längenmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Temperatur-Fühler vorgesehen ist, der die Temperatur der !Längenmeßeinrichtung (36 bzw. 38) feststellt und ein der festgestellten Temperatur entsprechendes Signal abgibt, das in das Summierwerk (24) gelangt, und daß das Rechenwerk Mittel zur Berücksichtigung des Wärmeausdehnungskoeffizienten der Längenmeßeinrichtung (36 bzw. 38) sowie deren Abmessung aufweist