DE2362043A1

DE2362043A1 - Feinmesseinrichtung

Info

Publication number: DE2362043A1
Application number: DE2362043A
Authority: DE
Inventors: Pablo Martinez Fernandez
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-12-15
Filing date: 1973-12-13
Publication date: 1974-06-27
Also published as: FR2210759B1; JPS4998263A; US3971137A; ES409638A1; CH592291A5; FR2210759A1

Description

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FRANCISCO MRTIN MARTIN Burgos (Spanien)

Feinmeßeinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Feinmeßeinrichtung für lineare Größen mit einer in ihrer Längsrichtung verstellbaren Meßspindel.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Feinmeßeinrichtung läßt sich im Rahmen beliebiger Meßinstrumente und M_eß_mechanismen einsetzen und verleiht diesen eine .sehr hohe Keßempfindlichkeit und Meßgenauigkeit.

Die bisher bekannten mechanischen Geräte für die Durchführung von linearen Messungen bedienen sich meist des gesteuerten Vorschubs einer Mikrometerschraube, wobei der erzielbare Genauigkeitsgrad in der Hauptsache durch zwei Faktoren bestimmt wird, nämlich die Herstellungsgüte und die Ganghöhe für diese Mikrometerschraube.

Bei Gleichheit der übrigen Faktoren wird die Meßempfindlichkeit und damit die Zuverlässigkeit der Messungen umso größer, je kleiner die Ganghöhe der Mikrometerschraube wird. In der Praxis findet jedoch die Herstellung von Mikrometerschrauben, deren Ganghöhe unterhalb bestimmter Werte liegen soll, rasch eine Grenze durch die Notwendigkeiten unä·Möglichkeiten in der Fertigung.

Der Erfindung.liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Feinmeßeinrichtung der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß sie ungeachtet dieser fertxgungsbedxngten Begrenzungen die Erzielung einer höheren Meßempfindlichkeit und Meßgenauigkeit als bisher gestattet.

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Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Meßspindel mit zwei koaxialen Schraubgewinden von unterschiedlicher Ganghöhe koppelbar ist, die beide gemeinsam oder einzeln einsetzbar sind und im zweiten Falle eine normale Mikrometerverstellung der Meßspindel bewirken, im ersten Falle dagegen eine Differentialverstellung der Meßspindel mit beliebig kleiner, von der Differenz zwischen den Ganghöhen der beiden Schraubgewinde abhängiger virtueller Ganghöhe auslösen.

Durch die erfindungsgeiaäße Ausbildung der Feinmeßeinrichtung gelingt es, mit Hilfe von Schraubgewinden normaler und mit den üblichen Fertigungseinrichtungen ohne weiteres hexest ellbarer Ganghöhe unter deren Kompensation durch einen Differentialmechanismus für die Bewegung der Meßspindel eine beliebig kleine virtuelle Ganghöhe vorzutäuschen und damit eine dieser kleinen Ganghöhe entsprechend hohe Meßgenauigkeit und Meßempfindlichkeit zu erzielen.

Das Grundprinzip der Erfindung liegt also in der gleichzeitigen Existenz zweier Mikrometerbewegungen, von denen die eine zu einem normalen Mikrometervorschub führt, während die andere einen komplementären Vorschub darstellt, dessen virtuelle Ganghöhe beliebig klein gehalten werden kann und der als Differentialvorschub bezeichnet werden kann, da er sich durch eine differentialartige Kombination zweier normaler Schraubgewinde mit passend gewählten Ganghöhen, die jeweils und jede für sich in üblicher Größenordnung liegen, erzielen läßt.

Für die erfindungsgemäß ausgebildete Feinmeßeinrichtung sind zahlreiche vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen möglich, die im einzelnen in Unteransprüchen gekennzeichnet sind.

Für die weitere Erläuterung der Erfindung und ihrer Vorteile wird nunmehr auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäß ausgebildete Feinmeßeinrichtung dargestellt ist-

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In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäß ausgebildete Feinmeßeinrichtung als ganzes,

Fig. 2 und k in größerem Maßstab gehaltene Längsschnitte

für zwei Teilstücke der Feinmeßeinrichtung von Fig. 1,

Fig. 3 und 5 die gleichen Teilstücke der Feinmeßeinrichtung von Fig. 1 in Querschnitten entlang der Schnittlinien III - III bzw. V - V in Fig. 2 bzw. in Fig. h und

Fig» 6 eine perspektivische Darstellung der Feinmeßeinrichtung von Fig. 1, in der zwei Älternativmöglichkeiten für die: Angabe der erhaltenen Meßwerte veranschaulicht sind, nämlich eine Meßwertanzeige mittels Skala und eine Meßwertanzeige mittels Digitalzählwerk.

Einen Hauptbestandteil der dargestellten Feinmeßeinrichtung bildet ein als Hohlzylinder ausgeführter Differentialzylinder 5s der mit einer dazu koaxialen Meßspindel 1 zusammenwirkt. Auf seiner Innenseite ist der Differentialzylinder 5 niit einem Schraubgewinde versehen, das eine für eine normale Mikrometermessun^ hoher Genauigkeit geeignete Ganghöhe ρ aufweist und über ein Außengewinde 8 von gleicher Ganghöhe auf der Meßspindel 1 eine Betriebsverbindung zwischen der Meßspindel 1 und dem Differentialzylinder 5 herstellt.· Auf seiner Außenseite trägt der Differentialzylinder 5 ein weiteres Schraubgewinde mit einer anderen Ganghöhe P, das mit einem Innengewinde gleicher Ganghöhe auf der Innenseite eines koaxialen äußeren Gehäuses 10 zusammenwirkt.

Zwischen den Ganghöhen ρ und P der Schraubgewinde auf der Innenbzw. Außenseite des Differentialzylinders 5 besteht die Beziehung P = ρ + d, in der d für eine beliebige-positive oder negative Zahl steht. HojTmalerweise ist d bei der praktischen Anwendung der Feinmeßeinrichtung eine DezimaXzahl.

Ein mögliches Zahlenbeispiel führt mit ρ = 0,5 mm und d =-0,1 mm

zu P = ρ + d = 0,5 + 0,1 = 0,6 mm.

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Wenn für die Meßwertanzeige eine Skalenanzeige gewählt wird, kann auf einem Bandabschnitt 7 des Differentialzylinders 5 in Kreisform

eine Meßskala mit Einheiten der Ordnung *■ angeordnet werden,

wobei η die Anzahl der Teilabschnitte dieser Meßskala auf dem Umfang des Differentialzylinders 5 in diesem Bandabschnitt 7 ist.

Bei einem möglichen Zahlenbeispiel mit P=O,6 mm, ρ = 0,5 Bii und η = 100 entspricht ein Teilabschnitt der Meßtrommel 1/1000 mm.

Die Meßskala mit den Einheiten der Ordnung P - ρ wird längs einer Erzeugenden des äußeren Gehäuses 10 angeordnet, der geometrische Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Teilstrichen dieser Meßskala ist gleich der Ganghöhe P, in seiner meßtechnischen Bedeutung entspricht er jedoch der Größe P - p.

Die materielle Verwirklichung der Einheiten der Ordnung ρ kann in verschiedener Form erfolgen. Eine mögliche Lösung dafür ist in Fig. 6 bei 21 veranschaulicht.

Wenn die Meßwertanzeige in digitaler Form erfolgen soll, sind zwei zueinander koaxiale, sonst aber voneinander unabhängige Digitalzählwerke vorzusehen, von denen das eine ein mit der Meßspindel 1 gekoppeltes Normalzählwerk ist, das eine Ablesung der Einheiten der Ordnung ρ gestattet, während das andere als mit dem Differentialzylinder 5 gekoppeltes Differentialzählwerk ausgebildet ist und eine Ablesung der verbleibenden Einheiten, also der Einheiten von der Ordnung P - ρ einschließlich bis zur Ordnung — einschließlich, •ermöglicht.

Auch eine gemischte ^eßwertanzeige ist möglich, indem beispielsweise für die Anzeige der Einheiten oberhalb der Ordnung P - ρ das erste Digitalzählwerk, das Normalzählwerk benutzt und das Differentialzählwerk für die Ablesung der übrigen Einheiten durch eine Meßskala der oben beschriebenen Art ersetzt wird.

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In Fig. 4 und 5 ist ein mögliches Ausführungsbeispiel für den Bau· des ersten Zählwerks, des Normalzählwerks, dargestellt, das gleichzeitig einen Mechanismus zum Festlegen der Meßspindel 1 in einer jeweils einer vollen Umdrehung um ihre Achse entsprechenden Winkellage enthalt. Bei diesem Ausführungsbeispiel treibt die Meßspindel 1 einen Betätigungsring 12 für die Betätigung des Normalzählwerks an, wobei als Antriebsverbindung zwischen der Meßspindel 1 und dem Betätigungsring 12 eine dazwischen eingefügte Mitnehmerkugel 1*f dient, die einerseits in einer kugelförmigen Ausnehmung in der Meßspindel 1 Halt findet und andererseits in einer längs einer Erzeugenden in die Innenseite des Betätigungsringes 12 eingearbeiteten Nut 13 gleitend geführt ist, so daß sich die Meßspindel 1 sowohl dann, wenn sie sich um ihre Achse dreht, als auch dann, wenn sie durch eine Festlegung des Betätigungsringes 12 mittels eines bei bestimmter Winkellage unter der Druckwirkung einer Feder 1$ erfolgenden Eingreifens einer Festlegekugel 16 in eine Ausnehmung 17 im äußeren Gehäuse 10 an einer solchen Drehung gehindert ist, in axialer Richtung verschieben kann.

In Fig. 2 und 3> ist ein mögliches Ausführungsbeispiel für den Bau des zweiten Zählwerks, des Differentialzählwerks, dargestellt. Bei diesem Äusführungsbeispiel nimmt der Differentialzylinder 5 bei seiner Drehung um seine Achse einen Betätigungsring. 9 für die Betätigung des Differentialzählwerks mit, der seinerseits in diesem Differentialzählwerk Meßtrommeln 11 antreibt, die auf ihren Mantelflächen mit Ziffern versehen sind. Die Anzahl dieser Meßtrommeln 11 des Differentiälzählwerks ist so gewählt, daß sie für eine Anzeige der Einheiten; "von der, Ordnung P - ρ bis zur Ordnung ——*- ausreichen.

Dabei kommt-, dem Betätigungsring 9 für das Differentialzählwerk eine dreifache Funktion zu. Zum ersten werden ihm in jedem Augenblick über die Einwirkung einer Feststellschraube 19 auf einen Schieber die Winkelbewegungen des Differentialzylinders 5 übertragen. Zum zweiten gewährleistet er in jedem Augenblick eine freie Verschiebbarkeit in axialer !Richtung zwischen sich selbst und dem Differentialzylinder 5» ^a sich der von der Feststellschraube 19 beeinflußte

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Schieber 18 entlang einer Gleitbahn 20 im Betätigungsring 9 verschieben kann. Zum dritten schließlich ermöglicht er in einem bestimmten Augenblick unter Freigabe bzw. Lösung der Feststellschraube 19 eine Änderung der Winkellage des Betätigungsringes relativ zum Differentialzylinder 5, durch, die sich eine genaue Einstellung des Messungsnullpunktes für die Feinmeßeinrichtung vornehmen läßt.

Das äußere Gehäuse 10 bildet das Tragelement für das gesamte Meßsystem, und es enthält Fenster, die bei Anordnung der Digitalzählwerke in seinem Inneren eine Ablesung van deren Zählerstand ermöglichen.

Die Verschiebungen der Meßspindel 1 und des Differentialzylinders 5 können mit Hilfe getrennter Steuerglieder oder mit Hilfe eines gemeinsamen ßteuergliedes bewirkt werden, vollziehen sich jedoch stets unter Zwischenschaltung von Momentenbegrenzern oder Kupplungen zwischen den gesteuerten Bauelementen einerseits und den steuernden Bauelementen andererseits.

In Fig. 1 und 6 ist eine Steuerung mit Hilfe zweier unabhängiger Steuerglieder dargestellt, nämlich eines die Meßspindel 1 betätigenden Grobeinstellringes 2 für einen raschen Vorschub und eines auf den Differentialzylinder 5 wirkenden Feineinstellringes 3 für einen differentiellen oder langsamen Vorschub. In beiden Fällen erfolgt die Betätigung der angesteuerten Bauelemente über einen eine Eutschkupplung darstellenden Reibbelag k. Die Ansteuerkräfte erfahren also stets eine Begrenzung ihres Drehmoments.

V/enn für die Ablesung der Differentialmeßwerte eine Skalenanzeige vorgesehen ist-, kann die Nullpunktseinstellung in der Weise vorgenommen werden, daß der Dxfferentialzylinder 5 in zwei Teile unterteilt ist, die entlang einer Linie 6 (Fig. 1) zusammentreffen und über eine in der Zeichnung nicht dargestellte Feststellschraube miteinander koppelbar sind, so daß sie sich nach Lösung dieser

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Kopplung gegeneinander verdrehen lassen. Bei Anzeige der Differentialmeßwerte mittels eines Digitalzählwerks ist für die Nullpunktseinstellung die Winkellage des Betätigungsringes 9 relativ zum Differentialzylinder 5 zu ändern, wozu die Feststellschraube 19 gelöst werden muß, die über ein entsprechendes Fenster im Gehäuse 1Q von außen zugänglich ist.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

/ 1 λ Feinmeßeinrichtung für lineare Größen mit einer in ihrer Längsrichtung verstellbaren Meßspindel, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßspindel (1) mit zwei koaxialen Schraubgewinden von unterschiedlicher Ganghöhe (P bzw. p) koppelbar ist, die beide gemeinsam oder einzeln einsetzbar sind und im zweiten Falle eine normale Mikrometerverstellung der Meßspindel bewirken, im ersten Falle dagegen eine Differentialverstellung der Meßspindel mit beliebig kleiner, von der Differenz (P - p) zwischen den Ganghöhen der beiden Schraubgewinde abhängiger virtueller Ganghöhe auslösen.

2. Feinmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßspindel (1) so geführt ist, daß sie nur während der einer anfänglichen Grobeinstellung entsprechenden normalen Mikrometerverstellung eine Drehung um ihre Längsachse erfährt, nicht aber auch während der eine Feinmessung darstellenden Differentialverstellung.

3. Feinmeßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß von den beiden Schraubgewinden das eine, das in seiner Ganghöhe (p) einem Außengewinde (8) auf der Meßspindel (1) entspricht, das wiederum in seiner Ganghöhe einer normalen Mikrometerverstellung angepaßt ist, auf der Innenseite eines zur Meßspindel koaxialen DifferentialZylinders (^) angebracht ist, der auf seiner Außenseite das zweite Schraubgewinde trägt, dessen Ganghöhe (P) von der des ersten Schraubgewindes abweicht, jedoch mit der eines Innengewindes in einem zum Differentialzylinder koaxialen äußeren Gehäuse (10) übereinstimmt, das die gesamte Einrichtung umgibt.

k. Eeinmeßeinrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß koaxial zum Differentialzylinder (5) die Meßtrommeln (11) eines oder zweier voneinander unabhängiger Digitalzählwerke mit ihren zugehörigen Betätigungsringen (9 bzw. 12) angeordnet sind, die sämtlich auf der Meßspindel (1) sitzen und deren Ziffern durch Fenster im äußeren Gehäuse (10) hindurch sichtbar sind.

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5. Feinmeßeinrichtung nach Anspruch A-, dadurch gekennzeichnet, daß alternativ zu wenigstens einem der Digitalzählwerke auf der Meßspindel (1) eine zum Differentialzylinder (5) achsparallele und mit dessen Umfang zusammenwirkende lineare Mikrome.terskala angebracht ist*

6. Feinmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß achsparallel zur Meßspindel (1) eine Skala angeordnet ist, die eine Differentialablesung ergibt, indem zwischen den realen Verschiebungen für den Läufer oder den Ableseindex und den in dieser realen Verschiebung wiedergegebenen Einheiten eine vorgegebene Beziehung besteht, die eine Funktion der Kombination aus den beiden Schraubgewinden mit unterschiedlicher Ganghöhe (P bzw* p) ist.

7. Feinmeßeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Meßspindel (1). achsparallelen Skala eine kreisförmige Skala zugeordnet ist, die eine zur Meßspindel koaxiale Bewegung beschreibt, sich gleichzeitig mit der Differentialbewegung verschiebt, die Funktion des Läufers oder Index für die Differentialskala übernimmt und Einheiten von 1/n der Ordnung der Differentialskala aufweist, wobei η die Anzahl der kontinuierlichen Teilungen auf dem umfang der kreisförmigen Skala bezeichnet.

8. Feinmeßeinrichtung.nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß sie' einen Betätigungsring (9) enthält, der unter Beibehaltung.einer konstanten Lage relativ zu einem Antriebselemeht -'i$y in jedem Augenblick die Übertragung der von diesem Antriebselement überkommenen Winkelbewegungen auf ein Digitalzählwer&'ühd gleichzeitig eine Axialverschiebung des diese Bewegungen erzeugenden Antriebselements ermöglicht und in einem bestimmten Augenblick eine Änderung der Winkellage relativ zu diesem Antriebselement unter der Mitwirkung einer Feststellschraube (19), einer Blockierfeder oder eines anderen mechanischen Koppelgliedes.gestattet. .

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9. Feinmeßeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen weiteren Betätigungsring (12) enthält, der unter konstanter Einhaltung einer Winkellage zu einem anderen Antriebselement (1) in jedem Augenblick die übertragung der von diesem Antriebselement überkommenen VJinkelbewegungen auf ein weiteres Digitalzählwerk und gleichzeitig eine Axialverschiebung relativ zum Antriebselement ermöglicht, in einem bestimmten Augenblick jedoch die Festlegung der so miteinander gekoppelten Elemente in einer vorgebbaren Winkellage unter gleichzeitiger Beibehaltung der Bewegungsfreiheit in axialer Sichtung zwischen dem Betätigungsring und dem Antriebselement gestattet.

10. Feinmeßeinrichtung nach einem der Ansprüche ΐ bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei voneinander unabhängige Digitalzählwerke, verschiedene Antriebselemente (1, 5} für den Antrieb dieser Digitalzählwerke und eine normal zur Achse des Differentialzylinders (5) angeordnete kreisförmige Skala aufweist, die sich während ihrer Drehung gleichzeitig in einer Differentialbewegung verschiebt und die Funktion eines Index oder Läufers für eine erste Skala übernimmt.

11. Feinmeßeinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das durch den Differentialzylinder (5) betätigte Digitalzählwerk durch ein Skalenablesesystem ersetzt ist, das aus einer parallel zur Achse des Differentialzylinders in Längsrichtung verlaufenden Differentialskala besteht.

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