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Verfahren und Einrichtung zum Messen von Werkstücken, die an Werkzeugmaschinen bearbeitet werden
Die Erfindung betrifft ein Messverfahren und eine automatische Mess- und Steuereinrichtung für Werkstücke mit unterbrochenen Oberflächen, die an Schleif- und feinmechanischen Werkzeugmaschinen bearbeitet werden, bei welchem Verfahren bzw. bei welcher Einrichtung die Messperioden durch die Vorrichtung selbst gesteuert werden und das Verfahren bzw. die Einrichtung zum Messen von kleinen oder grossen Oberflächen gleich einwandfrei gebraucht werden kann.
Die bis jetzt bekannten Verfahren bzw. Einrichtungen zum Messen von Werkstücken, z. B. von Nutwellen öder andern Gegenständen, deren Oberfläche durch Federkeilnuten oder Bohrungen unterbrochen ist, entsprechen nicht in jeder Hinsicht den gestellten zeitgemässen Forderungen.
Es ist zweckmässig, zur Verkürzung der Nebenzeitendas Messen des Werkstückes auf der Werkzeugmaschine selbst während der Fertigung fortlaufend vorzunehmen. Die hiefür bekanntgewordenen Einrichtungen erhalten die für das Messen der während der Bearbeitung sich drehenden Werkstücke nötigen Steuerimpulse z. B. von einer sich mit dem Werkstück drehenden besonderen Steuerscheibe. Die Aufgabe dieser Steuerscheibe ist es, die sogenannten Fühler aufzuheben, bevor diese die Nuten erreichen, sie in dieser Lage zu halten und, sobald die Rippen unter die Fühlerflächen gelangt sind, die Fühler freizugeben bzw. die Druckfeder der Fühler auszulösen.
Bei der Feinbearbeitung von Werkstücken mit vielen Oberflächenunterbrechungen und beim Flachschleifen wird die rechtzeitige Sperrung (Arretierung) der Fühler durch sogena mte Reiter gesteuert, die entsprechend den Unterbrechungen am Werkstück bzw. an den Werkstücken angeordnet sind.
Es sind ferner auch Messeinrichtungen bekannt, deren Fühler die Unterbrechungen an der Oberfläche des Werkstückes überbrücken und dadurch die Arbeit auf das Messen einer ununterbrochenen (kontinuierli- chen) Fläche zurückführen.
Die bekannten Verfahren bzw. Einrichtungen haben mehrere Mängel, die die erfolgreiche Anwendung der Einrichtungen in vielen Fällen unmöglich machen. So kann z. B. bei Serien- oder Massenfertigung das Wechseln und Einspannen der Werkstücke sehr viel Zeit beanspruchen, was die Nebenzeiten bedeutend verlängert. Das Einstellen der Steuerscheibe und der Reiter entsprechend einem neuen Werkstück dauert lange und ist umständlich.
Die Zeitkonstante der Magneten, die die Fühler in gehobener, d. h. in gesperrter Lage halten, kann im allgemeinen nicht ausreichend verkürzt werden, so dass die Höhe der schmalen Rippen eines sich ver- hältnismässig schnelle drehenden bzw. unter den Fühler mit grosser Geschwindigkeit durchtretenden Werkstückes nicht so gemessen werden kann, dass das erhaltene Mass der Höhe einer einzigen Rippe entspricht.
Die Gruppe der bekannten.-Verfahren bzw. Einrichtungen, bei welchen mit einem über die Unterbrechungen reichenden, sogenannten überbrückenden Fühler gemessen wird, ist zum Messen von durch breite Unterbrechungen geteilten Oberflächen unbrauchbar, weil die Fühler z. B. in die Nuten der Nut-
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welle hineinfallen, wodurch die Messeinrichtung beschädigt wird.
Das Ziel der Erfindung ist es, für Werkstücke mit unterbrochenen Oberflächen, die an verschiedenen feinmechanischen Werkzeugmaschinen bearbeitet werden, ein solches automatisches Messverfahren bzw. eine solche Steuereinrichtung zu schaffen, bei welcher sich die die Fühler hebende und diese in dieser gehobenen Lage haltende Einrichtung erübrigt und beim Wechseln der Werkstücke, ferner beim Einlegen bzw. Einspannen eines ne, uen Werkstückes dies ohne Rücksicht auf die Steuereinrichtung durchgeführt wer- den kann ; dabei ist die erfindungsgemässe Steuer-und Messvorrichtung für regelmässig oder unregelmässig aufeinanderfolgende Unterbrechungen von kleinen oder grossen Abmessungen ohne jede Abänderung gleich gut brauchbar, und man kann mit einem für ununterbrochene (kontinuierliche) Oberflächen entwickelten und bekannten Messkopf messen.
Die Erfindung wird nun in ihren Einzelheiten auf Grund der schematischen Darstellungen in den
Zeichnungen erläutert :
Fig. 1 zeigt die theoretischen Grundlagen und die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Mess- und
Steuereinrichtung, und Fig. 2 ist der elektrische Schaltplan der Mess- und Steuereinrichtung.
Die Hebung, Sperrung und Senkung des Messfühlers 1 wird zum Zwecke des schnellen Auswechselns der Werkstücke durch das an der Maschine eingespannte Werkstück bzw. durch die Werkstücke selbst durchgeführt. An der Stelle a der Fig. 1 sind beispielsweise verschieden breite, aber gleich hohe Werk- stücke auf dem Tisch einer Planschleifmaschine eingespannt. Die Relativgeschwindigkeit v zwischen dem
Messfühler 1 und dem Werkstück2 kann während der Bearbeitung praktisch als konstant angenommen werden. Der untere konische Teil des Messfühlers 1 beginnt im Augenblick der Berührung mit dem Werk- stück 2 den Messfühler 1 hochzuheben und die Aufwärtsbewegung desselben hört auf, wenn die Spitze 3 die Oberfläche 4 neben den Ecken der Werkstücke 2 erreicht hat.
Seien also die in der Fig. 1 schematisch dargestellten Werkstücke 2 noch so unregelmässig auf dem Tisch der Schleifmaschine 5 aufgespannt, die erfindungsgemässe Messeinrichtung beginnt das Messen immer genau in jenem Augenblick, in dem der Messfühler die Oberfläche neben den Ecken 4 der Werkstücke erreicht hat.
Um zu erreichen, dass auch bei Werkstücken von ganz kleinen Abmessungen verlässliche Masse der zu messenden Werkstücke bzw. Werkstückteile erhalten werden, misst die Einrichtung nur ganz kurze Zeit, d. h. 5-30 msec lang.
Der"selbstgesteuerte"d. h. durch die Werkstücke selbst bewegte Fühler erzeugt, sobald er auf das Werkstück auffährt, einen Impuls. Dieser Impuls schaltet den elektronischen Teil der Einrichtung zum Messen ein, womit gesichert wird, dass ein Messen nur dann erfolgt, wenn eine bearbeitete Oberfläche (also keine Nut oder Unterbrechung) sich unter der Spitze 3 des Messfühlers 1 befindet. Nach Ende des Messensschaltet der elektronische Messteil so lange wieder ab, bis der Fühler auf das nächste Werkstück bzw. auf den nächsten Werkstückteil auffährt und einen neuen Impuls gibt.
Der auf die Werkstücke 2 auffahrende Messfühler 1 erzeugt im Messgerät ein unregelmässiges Gleichspannungssignal (Fig. Ib). Das eine Niveau des erhaltenen Vierecksignals entspricht der zu messenden Abmessung (Mass) des Werkstückes. Zur Auswertung der Abmessung ist aber nur das Niveau des zur genannten Abmessung gehörenden Vierecksignals nötig, die in. Fig. Ib dargestellten und-der Zahl der Werkstücke und der Intervalle entsprechend-auf dem (optischen) Gerät erscheinenden unregelmässigen Vierecksignale müssen deshalb differenziert werden ; als Ergebnis bekommt man das in Fig. Ic dargestellte Vierecksignalniveau.
Der Messfühler 1 gibt aber auch beim Verlassen des Werkstückes ein Signal, das aber für das Messen überflüssig ist. Deshalb werden die in Fig. Ic dargestellten und beim Ablauf des Messfühlers von den Werkstücken erzeugten Signale der Signalreihe unterdrückt (ausfiltriert) ; so erhält man die in Fig. Id dargestellten Vierecksignale. Die dem Teil d entsprechenden Signale werden nochmals differenziert, wodurch die in Fig. le dargestellten Vierecksignale erhalten werden, von denen die zu Beginn des Auftreffens des Messfühlers 1 auf das Werkstück erzeugten Signale ebenfalls unterdrückt werden. So erhält man die auf dem Teil f dargestellte Signalreihe für die Steuerung des Zeitpunktes der Beendigung des Auftreffens des Messfühlers auf das Werkstück.
Die Auswertung der Abmessungsänderung geschieht in elektronischer Hinsicht auf Grund des beschriebenen Prinzips bei Messeinrichtungen für Planschleifen, unterbrochenes Mantel- oder unterbrochenes Lochschleifen und für alle ähnlichen Aufgaben in gleicher Weise. Ein Unterschied besteht bloss darin, dass der Messkopf den einzelnen Aufgaben angepasst ausgebildet werden muss.
In Fig. 2, die das elektronische Schaltungsschema der erfindungsgemässen automatischen Mess- und Steuereinrichtung darstellt, ist der im Messkopf eingebaute Abmessungsumwandler ein differential-induk tiver Kopf 6 mit niedrigem Widerstand (20 Ohm). Bei einer Verschiebung des Messfühlers 1 des Messkop-
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