DE3213313A1 - Stellungsmesstastkopf - Google Patents

Stellungsmesstastkopf

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DE3213313A1 DE19823213313 DE3213313A DE3213313A1 DE 3213313 A1 DE3213313 A1 DE 3213313A1 DE 19823213313 DE19823213313 DE 19823213313 DE 3213313 A DE3213313 A DE 3213313A DE 3213313 A1 DE3213313 A1 DE 3213313A1
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Richard O. 48065 Romeo Mich. Juengel
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/003—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring position, not involving coordinate determination
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B2210/00—Aspects not specifically covered by any group under G01B, e.g. of wheel alignment, caliper-like sensors
    • G01B2210/58—Wireless transmission of information between a sensor or probe and a control or evaluation unit

Description

BESCHREIBUNG
Stellungsmeßtastkopf
Die Erfindung betrifft allgemein Stellungsmeßeinrichtungen für Meß- und Lehrgeräte, Insbesondere betrifft die
die
Erfindung Meßtastköpfe für/Anzeige einer Tastkopfberührung mit einem Werkstück.
Viele bekannte Stellungsmeßeinrichtungen oder Meßtastköpfe verwenden herkömmlicherweise mechanische Kontakte als Berührungsfühler. Diese Kontakte sind in ihrer Herstellung größer und weisen ein beschränktes Auflösungsvermögen auf. Außerdem sind mechanisch bewegte Schaltkontakte dem Verschleiß und der Korrosion ausgesetzt.
Ein weiterer Typ eines bekannten Meßtastkopfes vermeidet die Schwierigkeiten der Korrosion und des Verschleißes von mechanischen Schaltkontakten damit, daß der Tastkopf ein Hochfrequenzsignal bei Berührung mit einem metallischen Werkstück sehr stark dämpft. Eine solche frühere Vorrichtung ist in der US-Patentschrift 4 118 871 beschrieben. Solche Anordnungen sind für elektromagnetisches Rauschen im abgestrahlten Hochfrequenzsignal empfindlich,
*® und diese Störung kann zu feilschen Anzeigen der Tastkoplberührung mit einem Werkstück führen. Weniger direkt auf die Erfindung bezogen sind frühere Einrichtungen mit drahtloser übertragung von Dimensionsmeßdaten, z.B. nach der US-Patentschrift 3 670 243 und der anhängigen US-
Patentanmeldung Ser.No. 6-182.226.
Somit ergab sich ein Bedarf für eine Berührungsmeßeinrichtung mit hohem Auflösungsvermögen und Unempfindlichkeit für magnetisches Rauschen, die eine Anzeige für* eine Tast-
kopfberührung mit dem Werkstück drahtlos übertragen kann.
-10-
-w-
Ferner ergab sich eine Notwendigkeit für eine Berührungsmeßeinrichtung mit zusätzlicher Möglichkeit zur Bestückung mit mehreren Stellungsmeßwandlern oder -gebern.
Somit besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Meßeinrichtung zur Anzeige einer vorgegebenen Stellung eines Tastkopfes mit Bezug auf ein Werkstück zu schaffen, welche die oben beschriebenen Schwierigkeiten der früheren Einrichtungen vormordet. Ein Stellungsmoßtastkopf ist mit einer Einrichtung zum Umsetzen eines Signals ausgestattet, das von einem Tastkopfwandler in ein optisch übertragenes Signal für die Stellung des Tastkopfs gegenüber einem Werkstück erzeugt wird. Die Einrichtung kann mehreren Wandlern einschließlich eines Strommeßtransformators oder einer Anordnung mechanischer Schaltkontakte arbeiten. Optische Anzeige kann entweder mit Amplituden- oder Frequenzmodulation übertragen werden.
Die Erfindung ist nachstehend näher erläutert. Alle in der Beschreibung enthaltenen Merkmale und Maßnahmen können von erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Die Zeichnungen zei-
Fig. 1 ein Funktionsblockschaltbild der erfindungsgemäßen Stellungsmeßeinrichtung;
Fig. 2 einen Stromlaufplan der Funktionsblöcke 100 und 200 der Fig. 1;
Fig. 3 einen Stromlaufplan der Funktionsblöcke 400, 500 und 600 der Fig. 1;
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Taktkopfes und seiner Stellungsmeßeinrichtung.
-11-
-vr-
Bezüglich der Zeichnungen sei bemerkt, daß dieselben Einrichtungen oder Bauteile dieselben Bezugszoichen in allen Figuren tragen, welche diese Einrichtung und Bauteile darstellen. ;
In Fig. 1 erzeugt ein spannungsgeregelter Oszillator ein Wechselspannungssignal mit einer bestimmten Frequenz an einem Ausgang, der über eine Leitung 103 an den Eingang eines Lejstungsverstärkers 200 und über eine Leitung 102 an den Steuereingang einer Leuchtdiodenanordnung geführt ist. Falls erforderlich, kann die Frequenz des Ausgangssignals des spannungsgeregelten Oszillators um die gewählte Ausgangsfrequenz in Abhängigkeit vom Spannungspegel eines Signals auf der Leitung 101 verändert werden, die an einen Frequenzgebereingang des Oszillators 100 geführt ist.
Der Ausgang des Leistungsverstärkers 200 erzeugt ein Tastkopfansteuerungssignal auf einer Leitung 104 für entweder einen strommessenden Wandler über eine frei .wählbare überbrückung I oder für einen Wandler mit mechanischen Schaltkontakten über eine frei wählbare überbrückung II. Das Ausgangssignal des Wandlers gelangt über die Überbrückung I oder II und eine Leitung 307 an einen Eingang des Wechselspannungsverstärkers 400.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Wandlers ist die Strommeßvorrichtung, die über die Überbrückungen I an den Rest der Einrichtung gekoppelt ist. Wegen seines
höheren Auflösevermögens und seiner nicht vorhandenen Verschleiß- und Korrosionsfragen, die meist mit mechanisch bewegten Schaltkontakten verbunden sind, wird diese Art von Wandler vorgezogen. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, gelangt das Tastkopfansteuerungssignal auf der Leitung über die Überbrückung I, die Leitung 301 und eine Ein-
-12-
• >fo.
gangswicklung 304 des Ringkerns des Stromtransformators 300 an den Tastkopf 330. Außerdem geht das Ansteuerungssignal über die Leitung 302 an einer Seite des Ausgleichswicklung 303 an, von wo es über einen Ausgleichsdrehkondensator 320 an Masse geleitet wird. Der Drehkondensator 320 dient zum Annullieren der Auswirkungen von Streukapazitäten auf den Tastkopf 330, in dem er an der Wicklung 30 3, die im Gegensinne zur Eingangswicklung 304 gewickelt ist, einen Wechselstrom entwickelt. Auf den Ringkern ist auch die Ausgangswbklung 305 gewickelt, zu welcher ein Abstimmkondensator 322 parallel geschaltet ist. Ein Anschluß des Kondensators 322 ist an Bezugsmasse gelegt, während der andere das Ausgangssignal des Wandlers über einen Koppelkondensator 321 und die überbrückung Γ über
1^ die Leitung 307 an den Eingang des Wechselspannungsverstärkers 400 leitet.
Wenn der Tastkopf 330 in Betrieb kein Werkstück berührt, ist der in der Wicklung 304 fließende Strom gleich dem ^O Strom in der Ausgleichswicklung 303, wodurch sich eine induzierte Nullspannung an der Ausgangswicklung 305 ergibt. Kommt der Tastkopf 330 mit der Werkstückoberfläche in Berührung (oder nähert er sich dieser auf einen vorgegebenen Wert an), dann erhöht sich der durch die Eingangswicklung 304 fließende Strom erheblich, wodurch sich ein größerer Spannungsabfall an der Ausgangswicklung 305 ergibt. Ein erfindungswesentliches Merkmal für den Einsatz des Stromtransformatortastkopfes 330 besteht darin,
daß der elektrische Kontakt des Tastkopfes mit einem Werk-30
stück nicht notwendigerweise absolut fest zu sein braucht.
Selbst wenn keine körperliche Berührung erfolgt, ist genügend Tastkopfstrom für ein verwendbares Wandlerausgangssignal an der Ausgangswicklung 305, wenn die Kapazitätserhöhung zwischen dem Tastkopf 330 und dem Werkstück hinreichend groß ist. Um diese Wirkung zu unterstützen,
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-VF-
benützt man eine genügend hohe Frequenz, beispielsweise 150 kHz zusammen mit einem verhältnismäßig hoch verstärkten Ansteuerungssignal, beispielsweise in der Größenordnung von 350 V0-,. Mit diesem Spannungspegel kann die Erfindung in Werkstätten eingesetzt werden, wo Stoffe wie ein Schneidölfilm zwischen dem Tastkopf und der Werkstückoberfläche liegen können.
Wie Fig. 1 weiter zeigt, kann ein Wandler in Form eines mechanischen Schalters unter Verwendung der Überbrückungen II in den Meßtastkopf eingebaut werden. Bei dieser
Ausführung wird das Ansteuerungssignal. des Tastkopfes
auf der Leitung 104 über einen Drehkondensator 310 an
die in Reihe geschalteten Ruheschaltkontakte 311A, 311B und 311C des Tastkopfs 311 geleitet. Der Knotenpunkt
zwischen Kondensator 310 und Kontakt 311A ist außerdem
über die Wahlüberbrückung II und die Leitung 307 an den Eigang des Wechselspannungsverstärkers 400 geführt.
Der Drehkondensator 310 dient dazu die Ausgangsimpedanz des Leistungsverstärkers 200 an die Ruhekontakte 311A,
B und C anzupassen. Diese Impedanzanpassung gestattet
einen Stromfluß von verhältnismäßig großer Hochfrequenz durch die Ruhekontakte. Jeder Kontakt der Kontaktanord- ° nung für die Ausführung II, der sich zu öffnen beginnt, bewirkt, daß am Wechselspannungsverstärker 400 eine Eingangsspannung anliegt. Der Kontakt braucht nicht voll zu öffnen, um dieses Ausgangswandlersignal zu erzeugen, und muß lediglich beginnen, einen ansteigenden Widerstand an
seinen Kontakten zu zeigen. Die Kontakte 311A, B und C
sind mechanisch am Tastkopf 311 in einer Weise angebracht, die nicht in Fig. 1 dargestellt ist. Solche Kontaktanordnungen sind jedoch allgemein bekannt und beispielsweise
in früheren Patentschriften wie US-Patentschrift 4 138 35
oder 4 153 998 offenbart.
-14-
Im Rest der Fig. 1 ist ein Ausgang des Wechselspannungsverstärkers 400 über eine Leitung 800 an den Eingang eines Detektors oder Meßkreises 500 geführt, wo das verstärkte Wechselspannungsausgangssignal des Wandlers in ein Anzeigesignal für Meßkopfberührung umgesetzt wird, das auf einer Leitung 900 anliegt. Das Ausgangssignal des Detektors gelangt entweder über die Wahlüberbrückung FM und die Leitung 101 an den frequenzbestimmenden Eingang des spannungsgeregelten Oszillators 100 oder über die Wahlüberbrückung AM und eine Diode 700 an den Steuereingang einer Leuchtdiodenanordnung 600. Der Ausgang des spannungsgeregelten Oszillators 100 wird doppelt ausgenützt. Einmal wird dem Leistungsverstärker 200 ein Signal zur Ansteuerung des Taktkopfes eingespeist und zum zwei-
Ik ton ist dor Ausgang des Oszillators 100 über die Leitung 102 an den Steuereingang der Leuchtdiodenanordnung 600 geführt, um eine Quelle von Infrarotstrahlung zu steuern, was näher anhand der Beschreibung der Fig. 3 erläutert
wird.
20
Durch Einbau der Überbrückung AM und Entfernung der Überbrückung FM arbeitet die Einrichtung mit Amplitudenmodulation. Bei dieser wahlweisen Anordnung wird eine EinAusschaltung des Trägersignals geboten, das über die Leitung 102 an der Leuchtdiodenanordnung 600 anliegt. Eine Tastkopfberührung wird Abwesenheit eines solchen Trägersignals gemeldet, indem ein Anzeigeausgangssignal am Detektorausgang 900 ansteht, das die Diode 700 in Vorwärtsrichtung durchsteuert, wodurch das Trägersignal vom 30
Steuereingang an die Leuchtdiodenanordnung 600 abgeleitet wird.
Durch Einbau der überbrückung FM und Entfernung der Überbrücker AM kommt Frequenzmodualtion zur Anwendung. Bei 35
dieser Anordnung wird das Anzeigesignal am Detektor oder Meßkreisausgang 900 über die Leitung 101 an den frequenz-
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-VF-
bestimmenden Eingang des Oszillators 100 angelegt. Die Tastkopfberührung kann daher durch eine Frequenzverschiebung des Ausgangssignals des Oszillators 100 in einer Größe angezeigt werden, die in Abhängigkeit von den am Detektorausgang 900 anstehenden Spannungspegel festgelegt wird.
Das von der Leuchtdiodenanordnung 600 abgegebene entstehende Infrarotsignal kann durch eine Fotodiode empfangen werden und in gleichwertige elektrische Signale umgesetzt werden, die ihrerseits durch herkömmliche Amplituden- oder Frequenzgleichrichtungsverfahren demoduliert werden können. Eine solche Empfängerschaltung ist in der oben erwähnten anhängigen Patentanmeldung Ser.No. 6-182,226 beschrieben.
In Fig. 2 sind die Bauteile des spannungsgeregelten Oszillators 100 und des Leistungsverstärkers 200 in näheren Einzelheiten dargestellt- Der Oszillator 100 ist eine integrierte Schaltung vom Typ 567, der von der Exar Corporation als Teil Nr. XR567 auf den Markt gebracht wird. Eine Gleichspannungsquelle VI ist an eine Seite eines Filterwiderstandes 116 sowie über einen Nebenschlußkondensators 118 an Masse geführt. Die zweite Seite des Filter- oder Siebwiderstandes 116 ist gemeinsam an den An-
schlußstift 4 des Oszillators 100, die Kathode·einer Zenerdiode 17 und den positiven Anschluß des Filterkondensators 115 geführt. Die Anode der Zenerdiode 117. ist an Masse gelegt wie die negative Seite des Kondensators
115 und der Anschlußstift 7 des Oszillators 100.0er fre-30
quenzbestimmende Eingang 101 des Oszillators 100 ist über einen Widerstand 110 an den Anschlußstift 2 des Oszillators geführt, der außerdem über durch den überbrückungskondensator 111 an Masse geschlossen ist.
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-vC-
Die vom Oszillator 100 erzeugte Mittelfrequenz, d.h. die Frequenz des erzeugten Ausgangssignals in Abwesenheit eines Modulationssignals am Anschlußstift 2 des Oszillators, wird durch die Schaltung aus Potentiometer 114, Widerstand 113 und Kondensator 112 vorgewählt. Das Potentiometer 114 und der Widerstand 113 sind in Reihe zwischen die Anschlußstifte 5 und 6 des Oszillators 100 geschaltet. Der Stift 6 des Oszillators 100 ist außerdem über den Kondensator 112 an Masse gelegt. 10
Das Ausgangssignal des Oszillators 100 am Anschlußstift 5 gelangt über einen Widerstand 119 auf die Leitung 102 und über die Leitung 103 an einen Koppelkondensator 202, der den Eingang vom Leistungsverstärker darstellt. Dieser umfaßt hauptsächlich einen MOSFET 201 (Metalloxydhalbleiter-Feldeffekttransistor) und seine zugeordneten Bauteile zusammen mit einem Oszillatorschwingkreis,bestehend aus einem Kondensator 206 und einer Spule 207, der auf die Mittelfrequenz des Ausgangssignals am Stift 5 des Oszillators 100 abgestimmt ist.
Die andere Seite des Koppelkondensators 202 ist an eine erste Seite eines Koppelwiderstandes 203 sowie an ein Gatter des MOSFET 201 geführt, der eine handelsübliche Type VN10KM ist. Die zweite Seite des KoppelwiderStandes 203 ist an Masse gelegt. Eine Quelle des MOSFET 201 ist über eine Parallelschaltung mit einem Widerstand 204 und einem Kondensator 205 an Masse geführt. Ein Kollektor des MOSFET 201 ist an eine Anzapfung der Oszillator- * y
spule 207 angeschlossen, dessen Außenanschlüsse parallel zu den entsprechenden Anschlüssen des Schwingkreiskondensators 206 geschaltet sind.
Eine Gleichspannungsquelle V1 ist über einen Überbrückungs-
kondensator 208 an Masse und an eine erste Seite des Oszillatorschwingkreises mit dem Kondensator 206 und
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Kollektor eines stromregelnden NPN-Transistors 603 verbunden, dessen Emitter an Masse gelegt ist. Eine Basis des Transistors 603 ist an eine Quelle des MOSFET 605 geführt sowie an eine Seite eines Steuerstrommeßwiderstandes 612. Die zweite Seite des Widerstandes 612 liegt an Masse. Ein Kollektor des MOSFET 6o5 ist mit einer Kathode einer Infrarotleuchtdiode 607A verbunden, welche mit drei weiteren Leuchtdioden 607B-D in Reihe geschaltet ist. Eine Anode von 6O7D ist an die Gleichspannungsquelle V1 angeschlossen. Der Transistor 603 dient dazu, einen im wesentlichen konstanten Steuerstrom über den MOSFET 605 für die Leuchtdioden 6O7A-D auf einen für diesen Dioden optimalen Betriebspegel aufrecht zu erhalten.
Eine mit der des MOSFET 605 identische Schaltung ist zwischen einen Ausgang der Inversionsstufe 6Ö2 und vier in Reihe geschaltete Infrarotleuchtdioden 608A-D gelegt. Daraus geht hervor, daß der Knotenpunkt 620 an so viele Inversionsstufeneingänge verzweigt werden kann, wie erforderlich ist, um die gewünschte Gesamtzahl von Leuchtdioden zu versorgen, die in Reihe geschalteten Vierergruppen angesteuert werden.
Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht eines Gehäuses 10 für einen Tastkopf wie den Tastkopf 330 der Fig.1.Das Gehäuse 10 enthält die gesamte anhand der Fign. 1-3 beschriebene Einrichtung. Die Infrarotleuchtdioden der Fig. 3 sind in Fig. 4 kreisförmig angeordnet (607,608) und auf einer im wesentlichen zylindeförmigen Außenfläche
12 des Gehäuses montiert, wo sie infrarote Strahlung über 36O aussenden können. Auf der Gegenseite dos Gehäuses für das Montageende des Tastkopfes ist ein Adapter oder ■ Anschlußstück 14 vorgesehen. Damit kann das Gehäuse 10
an ein numerisch gesteuertes Bearbeitungszentrum wie ein 35
normaler Fräser oder ein normales Schneidwerkzeug angeschlossen werden. Das Gehäuse 10 kann auch von Hand be-
-21-
. A(o.
eine positive Eingangsspannung für den Verstärker 503, wodurch dessen Ausgangssignal niederpegelig und der Ausgang 900 dos Detektors 500 hochpegelig wird. Daher ist ohne das vom Wandler her anliegende Ausgangssignal das Ausgangssignal des Schmitt-Triggerverstärkers 503 hochpegelig (logische Eins), wodurch am Detektorausgang 900 ein logisch niederpegeliges Signal ansteht. Bei Amplitudenmodulation spannt dieser Zustand die Diode 700 nega-
vor
ti ν (geringer Durchlaß)/, wodurch das Träger signal auf der Leitung 102 am Steuereingang der Leuchtdiodenanordnung 600 anliegt. Wenn der Wandler die vorgegebene Stellung des Tastkopfes gegenüber dem Werkstück abgreift, wird der Ausgang 900 des Detektors 500 positiv, wodurch die Diode 700 durchsteuert (niedriger Widerstand, hoher Durchlaß) um das Trägersignal von der Leuchtdiodenanordnung 600 abzulenken. Außerdem wird bei Erzeugung des Anzeigesignals mit positiver Anstiegsflanke am Ausgang des Detektors 500 die Leuchtdiode angesteuert, wodurch sie eine Sichtanzeige am Tastkopfmeßkreis oder Detektor liefert, vorausgesetzt, daß der Tastkopf mit dem Werkstück in Berührung steht.
Bei Frequenzmodulation dient das ansteigende Anzeigesignal am Ausgang 900 des Detektors oder Meßkreises 500 ° dazu, wie oben erwähnt, die Frequenz des Ausgangssignals des Oszillators 100 zu verändern.
Das Steuereingangssignal der Leuchtdiodenanordnung 600 liegt über die das Trägersignal führende Leitung 102 am
Knotenpunkt 620 an und gelangt von dort zu den Eingängen der Inversionsstufen 601 und 602.
Ein Ausgang dos NICHT-Gliedes oder der Inversionsstufe
601 ist über einen Widerstand 610 an ein Gatter des 35
MOSFET 605 geführt. Dieses Gatter ist auch mit einem
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die Basis und den Emitter des Transistors 502 geschaltet.
Der Kollektor des Transistors 502 ist auch aft den Eingang eines in Schmitt-Triggerschaltung ausgeführten In-Versionsverstärkers 503 angeschlossen. Der Ausgang des Verstärkers 503 ist mit einem Eingang einer Inversionsstufe 504 und einem Eingang einer Inversionsstufe 505 verbunden. Ein Ausgang der Inversionsstufe 504 ist mit einer Anode einer Leuchtdiode 506 verbunden. Eine Kathode der Leuchtdiode 506 liegt an Masse. Ein Ausgang der Inversionsstufe 505 ist an den Detektorausgang 900 geführt, der über die FM-Wahlüberbrückung FM mit der Leitung 10 (Fig. 2) und die Wahlüberbrückung AM mit der Anode eines Stromreglers wie einer Halbleiteriode 700 verbundcn ist.
Bei den nach vorstehender Beschreibung geschalteten Bauteilen ist die allgemeine Arbeitsweise des Detektors 500 wie folgt. Wird kein Wandlerausgangssignal vom Verstärker 400 verstärkt, so sperren die Detektortransistoren 501 und 502 normalerweise.Daher ist das Ausgangssignal des Schmitt-Triggerverstärkers 503 normalerweise hochpegelig, wodurch sich normalerweise ein niederpegeliges Ausgangssignal des Detektors am Ausgang 900 ergibt. Liegt ein Wechselspannungsausgangssignal vom Wandler und Verstärker 400 her /'so wird der Transistor 501 des Detek-
^O tors 500 bei den positiven Spitzen dieses Signals angesteuert. Die· am Kollektor von 501 entstehenden Impulse werden auf einoipraktisch konstanten Gleichspannungspegel durch den Kondensator 513 geglättet, wodurch genügend Grundenergie zur Ansteuerung des Transistors 502 erzeugt wird. Der durchsteuernde Transistor 502 erzeugt
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der Spule 207 geführt. Die zweite Seite des Oszillatorschwingkreises ist an den Ausgang 104 des Leistungsverstärkers 200 über einen Koppelkondensator 209 geführt.
Fig. 3 zeigt die Einzelheiten der Schaltbauteile des Wechselspannungsverstärkers 400, des Detektors 500 und der Leuchtdiodenanordnung 600, die als. Funktionsblöcke in Fig. 1 dargestellt sind. Ein Ausgangssignal des Wandlers liegt an einem Eingang 307 des Wechselspannungsverstärkers 400 an. Der Eingang 307 ist mit dem Knotenpunkt zwischen der einen Seite eines Vorspannungswiderstandes 103 und der Basis eines NPN-Verstärkertransistors 401 verbunden. Ein Kollektor des Transistors 401 ist an den Eingang 800 des Detektors 500, an die zweite Seite des Widerstandes 403 und, über einen Lastwiderstand 404 an die Gleichspannungsquelle V1 geführt. Ein Emitter des Transistors 401 ist über einen Vorspannungswiderstand 402 an Masse gelegt.
Der Eingang 800 des Detektors 500 ist über einen Koppelkondensator 510 an die Basis eines NPN-Transistors 501 geführt. Ein Koppelwiderstand 511 ist zwischen die Basis des Transistors 501 mit Masse geschaltet. Ein Emitter des Transistors 501 ist an Masse gelegt, und ein Kollektor über einen Lastwiderstand 512 an die Gleichspannungsquelle V1 geführt.Der Kollektor des Transistors 501 ist außerdem mit einem Knotenpunkt zwischen der ersten Seite eines Kondensators 513 und der eines Widerstandes 514 verbunden.Die zweite Seite des Kondensators
513 ist geerdet.
Die zweite Seite des Widerstandes 514 ist mit einer Basis eines PNP-Transistors 502 verbunden, dessen Emitter an
die Gleichspannungsquelle V1 und dessen Kollektor über 35
die Parallelschaltung von Kondensator 516 und Widerstand 517 an Masse geführt ist. Der Widerstand 515 ist zwischen
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dient werden oder mit einem Anschlußstück versehen sein, womit es durch den Greifer eines Automaten wie eines Industrieroboters bedient werden kann. Die Leuchtdiode 506 der Fig. 3 würde natürlich auch an einer richtigen Stelle auf der Außenfläche des Gehäuses 10 montiert sein.
Die Erfindung wurde anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben, dessen Einzelheiten nur zu Erläuterungszwecken und ohne Einschränkung der Erfindung gewählt wurden. Ein Beispiel für den Einsatz der Erfindung ist eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine, die sowohl mit Amplituden- als auch mit Frequenzmodulation
arbeiten könnte.Beispielsweise könnte die Tastkopfberührung mit einem Werkstück durch frequenzmodulierte
Infrarotstrahlung gemeldet werden, während ein Sicherheitsendschalter dazu eingesetzt werden könnte, das
Trägersignal vollständig abzuschalten, wenn ein Überfahren angezeigt wird, das den Tastkopf betätigen könnte. Das Abschalten des Trägersignals könnte wiederum bewirken, daß die Maschinenspindel anhält. Diese Wirkungkönnte auch zum Anhalten der Maschine verwendet werden, falls ein
Fehler des Infrarotgebers oder -empfängers während eines Meßganges der Werkzeugmaschine auftritt. Außer dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind noch wei- ° ■ tero möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Leerseite

Claims (19)

PATENTANSPRÜCHE
1.) Einrichtung zum Messen der Stellung eines Tastkopfes
gegenüber einem Werkstück, gekennzeichnet durch: b Eine Vorrichtung (20O), die ein elcktr i üclios Anuti«iu«- rungssignal an den Tastkopf (330) abgibt, einen mit dem Tastkopf (330) verbundenen Wandler (300), der das elektrische Signal umsetzt, wenn der Tastkopf (330) die Stellung einnimmt und eine Anzeige für die Umsetzung an seinem (300) Ausgang abgibt und, eine Quelle optischer Strahlung (600) mit einem Steuereingang (620,102), an dem das Anzeigesignal anliegt und die (600) optische Strahlung mit einer bestimmten Charakteristik aussendet, wenn das Anzeigesignal anliegt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (300) folgende Bausteine umfaßt: Einen Transformator (300) mit einer Kingangsw.i ckluuy (304) an deren einer Seite das elektrische Signal anliegt und deren andere Seite an den Tastkopf (330) geführt ist, so daß der elektrische Stromfluß in der Eingangswicklung (304), verändert wird, wenn der Tastkopf (330) die Stellung einnimmt, sowie mit einer Ausgangswicklung
(305), um das Anzeigesignal zu liefern. 25
3.Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (300) noch folgende Bausteine umfaßt: Mindestens einen Schalter (311A-C) mit einem Schaltkontakt, einem ersten Kontaktanschluß (310), an dem das elektrische Signal anliegt und einem zweiten Kontaktanschluß, an dem ein Bezugssignal anlieyi., wobei der Schalter (311A-C) an den Tastkopf (311) angeschlossen ist, so daß der elektrische Widerstand zwischen dem ersten und zweiten Kontaktanschluß verändert wird, wenn der Tastkopf (311) die Stellung einnimmt.
-4-
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgesandte optische Strahlung im Infrarotfrequenzbereich liegt.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse 10 eine Oberfläche aufweist, und daß die Quelle (600) mehrere Infrarotleuchtdioden (607, 608) besitzt, die auf der Oberfläche so montiert sind, daß das Infrarotlicht nach einem vorgegebenen Muster abgestrahlt wird.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche im wesentlichen zylinderförmig ist und die Dioden (607,608) auf der Zylinderfläche so verteilt sind, daß das Infrarotlicht praktisch über einen Vollkreis abgestrahlt wird.
7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, on daß die Stellung gegenüber dem Werkstück die körperliche Berührung des Tastkopfes (330) mit dem Werkstück beinhaltet.
8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die vorgegebene Charakteristik der optischen Strahlung eine vorgegebene Strahlungsamplitude umfaßt.
9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Charakteristik der optischen Strahlung eine vorgegebene Strahlungsfrequenz umfaßt.
10. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dnft die Ansteuerungsvorrichtung (200) für den Tastkopf (330) einen Oszillator (100) aufweist, der an einem seiner Ausgänge (5) ein Wechselspannungssignal erzeugt,
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und Vorrichtungen (I), die den Oszillatorausgang (100,5) mit dem Wandler (300) und den Steuereingang (620) der Strahlungsquelle (600) verbinden, und, daß der Wandler (300) auch einen Detektor (500) aufweist, an dessen Eingang (800) das umgesetzte elektrische Signal anliegt, wobei der Detektor (500) ein Anzeigesignal an einem Ausgang (900) von einer bestimmten Größe erzeugt, wenn der Tastkopf (330) die Stellung einnimmt.
11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung mit regelbarer Leitfähigkeit (700) zwischen dem Detektorausgang (900) und dem Steuereingang (620) der Quelle (600) geschaltet ist, wobei sie das Wechselspannungssignal vom Steuereingang (620) ab-
1^ lenkt, wenn das Anzeigesignal vom Detektor (500) erzeugt wird.
12. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (100) einen geregelten Oszillator (100) umfaßt, der ein Wechselspannungssignal von veränderlicher Frequenz erzeugt und einen frequenzbestimmen den Eingang (101) aufweist, der an den Ausgang (900) des Detektors (500) geführt ist, wodurch am Steuereingang (620) der Quelle (600) ein Wechselspannungssignal ° mit einer ersten Frequenz anliegt, wenn der Tastkopf (330) die Stellung nicht annimmt, und ein Signal mit einer zweiten Frequenz, wenn der Tastkopf (330) die Stellung einnimmt.
13.Einrichtung zum Messen der Tastkopfberührung mit einem Werkstück, gekennzeichnet durch:
Einen Oszillator (100), der an einem seiner Ausgänge (5) ein Wechselspannungssignal erzeugt,
-6-
. 4
einen Verstärker (200), dcjsscn Eingang (202) an dem Ausgang (5,100) des Oszillators geführt ist und der ein Ansteuerungssignal für den Tastkopf (330) erzeugt, das dem Wechselspannungssignal an einem Ausgang (104) des Verstärkers (200) proportional ist, einen mit dem Tastkopf (330) und dem Ausgang (104) des Verstärkers (200) verbundenen Wandler (300), der das Ansteuerungssignal für den Tastkopf (330) verändert, wenn dieser das Werkstück berührt, und der ein dem Tastkopfansteuerungssignal proportionales Signal an einem Wandlerausgang (305) erzeugt, ferner einen Detektor (500) an dem das proportionale Signal anliegt und der ein Anzeigesignal an seinem Auscjanq (9OO) erzeugt, wenn das proportionale Signal anliegt,
eine Quelle (600) für Infrarotstrahlung, deren Steuereingang (620) an den Ausgang (103) des Oszillators (100) angeschlossen ist, und die Infrarotlicht ausstrahlt, dessen Amplitude und Frequenz auf das am Steuereingang (620) anliegende Wechselspannungssignal bezogen ist und,
eine an den Detektorausgang (900) angeschlossene Vorrichtung (700) welche eine vorgegebene Charakteristik des Wechselspannungssignals verändert, wenn das Anzeigesignal vom Detektor (500) erzeugt wird.
14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (300) noch folgende Bausteine umfaßt: Einen Stromtransformator (300) mit einer Eingangswicklung (304) deren erster Anschluß an den Ausgang
(104) des Verstärkers (200) und deren zweiter Anschluß an dem Tastkopf (330) geführt ist, sowie mit einer an den Detektor (500) angeschlossenen Ausgangswicklung (305), wodurch der Strom in der Eingangswicklung (304) erheblich verstärkt wird, wenn der Tastkopf (330) das Werkstück berührt, wobei das dem umgesetzten Erregungssignal proportionale Signal an der Ausgangs-
-7-
• s.
wicklung (305) des Transformators (300) erzeugt wird.
15. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (300) auch folgende Bausteine umfaßt:
Mehrere in Reihe geschaltete Ruhekontakte (311A-C), die auf einer Seite an eine Bezugsspannungsquelle und auf der zweiten Seite (310) an den Ausgang (104) des Verstärkers (200) sowie an den Eingang (800) des Detektors (500) geführt sind, wobei die Kontakte (311A-C) gegenüber dem Tastkopf (311) so geschaltet sind, daß sich mindestens ein Kontakt (311A-C) zu öffnen beginnt, wenn der Tastkopf (311) in Berührung mit dem Werkstück kommt.
16. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle für Infrarotstrahlung (600) noch folgende Bausteine umfaßt: Mehrere Leuchtdioden (607,608) sowie eine Regeleinrichtung (501,502,503) für den Steuerstrom der Diode (700), die zwischen den Steuereingang (620) und die Leuchtdiode (607,608) geschaltet ist und in Abhängigkeit von dem am Steuereingang (620) anliegenden Wechselspannungssignal einen lichterzeugenden Stromfluß in den einzelnen Leuchtdioden (607,608) erzeugen.
17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse (10) der Einrichtung eine im wesentlichen zylinderförmige Außenfläche aufweist, auf wel-
eher die Leuchtdioden (607,608) kreisförmig angeordnet sind, wodurch die Infrarotstrahlung auf einem■Vollkreis von 360 ausgesandt wird.
18. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß die an den Detektorausgang (900) angeschlossene Vorrichtung eine Diode (700) ist, die zwischen den Detektorausgang (900) und den Steuereingang (620)
-8-
der Strahlungsquelle (600) geschaltet ist, um das Wechselspannungssignal dadurch vom Steuereingang (620) abzuleiten, daß sie (700) in Vorwärtsrichtung durchgesteuert wird, wenn das Anzeigesignal vom Detektor (500) erzeugt wird.
19. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (100) einen geregelten Oszillator (100) umfaßt, der ein Wechselspannungssignal erzeugt, dessen Frequenz von einem Signal abhängt,das am frequenzbestimmenden Eingang (101), des geregelten Oszillators (100) ansteht und, daß die mit dem Detektorausgang (900) verbundene Vorrichtung den frequenzbestimmenden Eingang (101) des geregelten Oszillators (100) umfaßt.
-9-
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