DE1932010A1

DE1932010A1 - Vorrichtung zur Pruefung von Werkstuecken

Info

Publication number: DE1932010A1
Application number: DE19691932010
Authority: DE
Inventors: Buck Sen Ernest Julius
Original assignee: Lockheed Aircraft Corp
Current assignee: Lockheed Martin Corp
Priority date: 1968-06-24
Filing date: 1969-06-24
Publication date: 1970-01-15
Also published as: FR2011609A1; DE1932010B2; GB1237813A; JPS4923221B1; DE1932010C3; US3571934A

Description

DH. ING. E. HOFFMANN DIPI,. ING. W. EITLE · DB, ΗΕ^ NAT. K. D-βΟΟΟ MdNCHEN 80 - MARIA-THmSIA-STRASSEÄ . IElEFON (Oeil) 4410«

Lockheed Aircraft Corporation, Burbank, Ga, / USA

Vorrichtung zur Prüfung von Werkstucken

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Prüfung von Werkstucken auf richtige Abmessungen durch selektive Positionierung entlang drei orthogonaler Achsen relativ zum Werkstück,

Die zunehmende Verwendung numerisch gesteuerter Maschinen für die Herstellung von Maschinenteilen hat dazu geführt, da3 es nicht mehr η Öglich Ist, die Prüfung der Maschinenteile mittels der konventionellen Gberflächenprüfmethoden durchzuführen. Eine gleichbleibend gute Qualität der Teile macht es erforderlich, daß diese Teile in allen Ebenen geprüft werden und daß gro8e Teile mit stark eingeschnürten Mikro-

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meiern, SkaJenlehren und anderen Vorrichtungen mit besonderen Abmessungen geprüft werden müssen, wobei oft mehr als eine Person zur Durchführung der Messung gebraucht wird. Solche Prüfmethoden haben nicht nur eine große Diskrepanz zwischen Herstellungszeit und Prüfzelt für ein Werkstück zur Folge, sondern bieten auch nicht die Möglichkeit einer ständigen Aufzeichnung der Prüfergebnisse, Es wurden daher Verfahren vorgeschlagen, um die gewünschten Prüfungen automatisch durchzuführen. Eines dieser Verfahren benutzt hierfür einen Prüftaster» welcher es gestattet, Messungen an numerisch festgelegten Orten, definiert durch x— und y-Koordinaten, vorzunehmen} für Messungen längs einer z-KoordJ-natenachse sind hier jedoch besondere Maßnahmen erforderlich,

üer Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile durch eine Prüfvorrichtung zu überwinden, welche an durch jeweils drei Koordinaten numerisch festgelegten räumlichen Punkten automatisch Messungen durchführen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, da3 die Prüfvorrichtung aufgebaut 1st aus einem hohlen Gehäuse, einem Stiftschaft mit einem oberen Ende, welches sich In das Gehäuse erstreckt, und mit einem unteren Ende, welches den Kontakt mit dem Werkstück herstellt} einer Befestigungsvorrichtung für den Stiftschaft, welche eine begrenzte Bewegung in drei räumlichen i-reiheitsgraden und in einer geradlinigen Richtung zuläßt; einer am Gehäuse befestigten Lagerschale zur Abstützung der Befestigungsvorrichtung} einer Nockenoberfläche an dem oberen Ende des Stiftschaftes; und einem f^.eßwertwandler, welcher über eine konische Fläche mit der Nockenoberfläche so in Verbindung steht, da,3 eine Bewegung des Stiftschaftes ein Ausgangssignal am Mießwertwandler zur Folge hat.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen Insbesondere darin, daß die für eine Dreiachsenprüfung erforderliche Zeit wesentlich vermindert wird. Weitere Vorteile sind verbesserte Linearität, Genauigkeit und Anpassungsfähigkeit, uurch die Einheitlichkeit der Skala in allen Achsen erübrigen sich Begrenzungsschalter oder mehrfache Registrierkanäle, wie sie bei bestimmten früheren Prüftastervorrichtungen erforderlich waren.

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- ,In derZeichnung Ist ein Ausführungsbeispiel zum besseren Verständnis dargestellt und. sol I im folgenden näher beschrieben werden. Es zeigern · ■ .· .,; , _; . v-- ■'-.-. ~ -

FJg. 1 eine vereinfachte^perspektivische Ansicht der allgemeinen Anordnung eines-numerisch gesteuerten Maschinensystems einschließlich der erflndungsgemäSen Prüfvorrichtung; "..-..

Flg. 2 eine Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform des PrUftasters entsprechend der Erfindung;

Fig· 3 eine schematische Ansicht des Gerätes nach Fig. 2 beim Arbeiten In der z-Achse j

Flg. 4 «Ine Ansicht ähnlich Flg. 3 beim Arbeiten des Gerätes In der x- bzw. y-Achsej

Flg. 5 eine Detalianslcht vom oberen Ende des Stiftschaftes, welche die Geometrie seiner äußeren Oberfläche zeigt j

Flg. 6 eine weitere AusfUhrungsform des toeßwertwandlertells des Gerätes wie in FIg-.- 2, bei der ein elektrischer Abgriff anstelle eines pneumatischen Meßwertgebers benutzt wIras und

Flg. 7 ein Blockdiagramm, das schanktisch die verschiedenen Komponenten eines Gesamtprüfsystems einschließlich der neuen Tastervorrichtung entsprechend der Erfindung zeigt.

In Flg. 1 Ist ein numerisch gesteuerter BrUckenfraser, der sich fUr den Einsatz der Erfindung eignet, dargestellt. Das Gerät enthält einen TlscK 1, welcher sich entlang der aufeinander senkrecht stehenden x- und y-Achs en 2 bzw. 3 bewegen läßt. Das Gerät enthält ferner eine bewegliche Spindel 4, weiche sich entsprechend eine.r. bandgesteuerten Programm geradlinig längs aer z-Achse 5 bewegen Iä3t. Die Bearbeitung des herzustellenden Werkstückes 7 erfolgt durch ein nicht gezeigtes, rotierendes Schneid-Werkzeug, welches In der Spindel 4 befestigt v.-ira, wie es der Fachmann leicht verstehen kann. Nachdem die Bearbeitung des Werkstückes 7 beendet Ist, wird das Schneidewerkzeug durch die Tastvorrichtung 6 der Erfindung «ersetzt, in einer später zu beschreibenden Art wärt mittels der Tastvorrichtung 6 das /verkstück 7-an einer Vielzahl vorbestimmter Prüfpunkte gemessen, um aie Richtigkeit ssiner Abmessungen zu prüfen. Selbstverständ-

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Hch dreht sich die Spindel 4 nicht wahrend des P ruf Vorganges. Die von der Tastvorrichtung 6 erfaßten Abmessungen werden In Form von elektrischen oder pneumatischen Signalen einem Registriergerät 8 Übermittelt, wo sie aufgezeichnet werden können. Die fakultativ vorgesehenen Meßge- *

rate 11 und 12 übermitteln dem Bedienungspersonal eine visuelle Anzeige von Abweichungen gegenüber den vorgesehenen Abmessungen. Das Gerät enthält welter passende Antriebsmechanismen für die Relativbewegung von dem Werkstück 7 und Spindel 4 bzw. Tastvorrichtung 6 entlang der drei )

orthogonalen Achsen 2, 3 und 5 entsprechend einem vorbestimmten Programm, , welches von dem Bandgerät 9 kommt. In bezug auf weitere Einzelheiten der numerisch gesteuerten Maschine und des bandgerätes wird auf das US-Patent 3 250 012 verwiesen. Die Messungen In der x- und y-Achse werden unabhängig von den Bedingungen der z-Achse und umgekehrt die Messungen in der z-Achse unabhängig von den Bedingungen In x- und y-Achse vorgenon,men. Die Achse für die Messung wird automatisch durch die Annäherungsrichtung an das Werkstück 7 ausgewählt, wodurch zusätzliche Schalt- ' maßnanmen von Seiten des Bedienungspersonals oder des Gerätes nicht erforderlich sind, während die Tastvorrichtung der z-Achse gesperrt Ist, kann eine Ebene kontinuierlich überquert und entsprechend den vom Programm her vorgegebenen Punkten ausgemessen werden. Ebenso kann die Wandstärke eines gefertigten Werkstückes vertikal abgetastet werden, während die Tastvorrichtung In der x- und y-Achse gesperrt Ist und so Jeweils eine kontinuierliche Aufzeichnung des Meßergebnisses erfolgen kann.

Wie aus der vorhergehenden Beschreibung ersichtlich Ist, kann dasselbe Gerät dazu benutzt werden, um ein Werkstück herzustellen und das gleiche WerkstücK zu prüfen, tin eigenes Prüfgerät, wie es bisher allgemein üblich benutzt wurae, Ist daher nicht mehr erforaerlich.

Betrachtet man Fig. 2, so erkennt man, da3 die Tastvorrichtung 6 ein hohles zylindrisches (ienäuse 13 enthält, an dessen oberem Ende ein konischer Schaft 14 befestigt ist, der aufgrund der genormten Verjüngung in den Klemmring der Spindel 4 paßt. Die konische Form des Schaftes14 kann zur Anpassung an die Spindel 4 in bekannter Welse auch durch andere Formen ersetzt werden.

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Am oberen Ende des Gehäuses 13 befindet sich ein kreisrunder Befestigungsflansch 15. Bolzen 1ö oder ähnliche Befestigungselemente werden verwendet, um das Gehäuse 13 mit dem Befestigungsflansch 15 und mit dem Schaft 14 über die Anpassungsplatte 17 zu verbinden. Ein Stiftschaft 1Θ mit einem zentralen sphärischen Lagerelement 19 ist beweglich gelagert mittels fester und beweglicher Lagerschalen 21 bzw. 22, welche ihrerseits im Gehäuse 13 sitzen. Am unteren Ende des Stiftschaftes 1ö sitzt ein lösbar angebrachter Tastkontakt 39, welcher In Berührung mit dem zu prüfenden Werkstück gebracht wird. Das mit einem Gewinde versehene Befestigungsteil 40 und das entsprechende Gewindeloch Im unteren Ende des Stiftschaftes 18 gestatten ein leichtes Entfernen oder Auswechseln des Tastkontakts 39. Form und Abmessung des Tastkontaktes 39 und die Länge des Stiftschaftes 18 sind durch die Form und Größe des Werkstückes 7, welches geprüft werden soll, vorgegeben. In einer typischen Konstruktion können sie so dimensioniert werden, daß sich die Abtastungen horizontaler und vertikaler Abmessungen Im Verhältnis 1 j 1 entsprechen. In einer bevorzugten Aus führungs form hat der Tastkontakt 39 eine halbkugelige Form, wobei seine Höhe identisch mit dem Radius und in bezug auf die Länge des Stiftschaftes 18 so ausgebildet Ist, da3 die Abmessungen der Tastvorrichtung mit einheitlichen Auslenkungen für horizontale und vertikale Ablenkung auf dem Band programmiert werden können. Selbstverständlich kann die geometrische Form des Tastkontaktes 39 entsprechend anderen Anwendungsgebieten anders als halbkugel Igförmig ausgebildet werden. Die Auswechsel barkeit des Tastkontaktes 39 gestattet die Anpassung der Vorrichtung an verschiedene Prüfanwendungen. So kann z.B. der Tastkontakt in der Form modifiziert werden, daß die Prüfung schmaler Schlitze oder ähnlicher Formen durchgeführt werden kann, was mit dem halbkugelförmigen Tastkontakt 39 entsprechend der Ausführungsform von FIg. 2 nicht möglich ist.

Die feste Lagerschale 21 ist Im Gehäuse 13 durch die Klemmschraube 43 gehalten, während die bewegliche Lagerschale 22 gleitend Im Gehäuse 13 sitzt. Die bewegliche Schraubenfeder 23 wird teilweise zwischen dem zylindrischen Federhalter 25 und dem oberen Ende der beweglichen Lager-• schale 22 zusammengedrückt. Der Federhalter 25 Ist an der Innenwand des

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Gehäuses 13 befestigt. Wie zu sehen ist, besitzt der Federhalter 25 eine zentrale Öffnung, um das obere Teil des Stiftschaftes 13 hindurchtreten zu lassen. Die Lagerschalen 21 und 22 haben gegenüber dem sphärischen Lagerelement 19 eine komplimentäre sphärische Form und ermöglichen so eine Schwenkbewegung des Stiftschaftes 18 um oen Punkt 24. Der Stiftschaft 18 kann auSerdem in Richtung des Pfeiles 26 geschoben werden, wenn die bewegliche Lagerschale 22 nach oben bewegt und so die Schraubenfeder 23 weiter zusammengedrückt wird»

Das obere Ende des Stiftschaftes 18 hut eine allgemein abgerundete Kontur, deren Form im Zusammenhang rr.it der Beschreibung von Flg.

P I 5 noch ausführlich beschrieben werden wird. Das obere, allgemein abgerundete Sünde des Stiftschaftes 1ö steht in unmittelbarer Berührung mit eiern Übersetzungskonus 27, welcher gleitend im Genäuse 13 befestigt ist. Eine Stützfeder 28 für den Konus wird am oberen Ende durcn den Halter 29 in ihrer Bewegung begrenzt, während ihr unteres Ende auf der oberen ebenen Fläche des Übersetzungskonus 27 aufliegt. Ein Stift 31 ragt durch die Wand des Gehäuses 13 in den Halter 29 und sichert den Halter 29 gegen Bewegung. Wie zu sehen, ist der Übersetzungskonus 27 mit einer axialen Bohrung 32 versehen. Der Öffnungswink·! der konischen unteren Oberfläche des Übersetzungskonus 27 beträgt 90°. Ein Tauchbolzen 33 einer halbkugel igen Nockenoberfläche 34 steht In Berührung mit dem oberen Ende des Übersetzungskonus 27. Der Tauchbolzen 33 Ist In Richtung des Pfeiles 26

k axial verschiebbar und kann somit ein Ausgangssignal am benachbarten

Nießwertwandler 35 bewirken.

Die bewegliche Schraubenfeder 23 übt einen ausreichenden Druck auf die bewegliche Lagerschale 22 aus, um das sphärische Lagerelement 19 fest In den Lagerschalen zu halten. Ebenso hat die Stützfeder 28 genügend Kraft, um den Übersetzungskonus 27 sicher gegen das obere Ende ^ ! des Stiftschaftes 18 zu drücken.

Der MeSwertwandler 35 kann ein Luftventil enthalten, welches mit der Rohrdichtung 36 zusafijmenhängt und von dort über ein flexibles Rohr '■ mit einem externen pneumatischen Registriergerät verbunden 1st. Im Gehäu-

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se 13 ist In der Seitenwand eine Öffnung vorgesehen, um die Rohrdichtung 3fc> einzupassen. Wie zu sehen ist, erfolgt die Verbindung zwischen Rohrdichtung 36 und dem Meöwertwbndler 35 mit einem 90 -Knie, um die äußere Verbindung zu vereinfachen. Modulationen des Luftflusses in dem flexiblen Rohr 37 werden In de^rn externen Registriergerät aufgezeichnet.

Nachdem ein Werkstück (z.B. werkstück 7) von der numerisch gesteuerten Maschine bearbeitet worden Ist, wird das Schneidewerkzeug entfernt und statt dessen die erfindungsgemä3e Prüftastvorrichtung eingebaut. Statt des Sehnelasteuerbandes wird ein Prüfband eingelegt. So Ist es möglich, die gleiche numerisch gesteuerte Maschine für die Prüfung des Werkstückes zu verwenden. UIe Tastvorrichtung wird auf einen Bezugspunkt eingestellt und das Registriergerät auf Null gestellt. Hierauf bewegt sich die Tastvorrichtung unter Steuerung durch das Programmband hintereinander zu einer vorgegebenen Anzahl von Prüfpunkten, wo sie in Kontakt η it der zu messenden Oberfläche gebracht wird. Die Tastvorrichtung kann dabei nach Wunsch entweder horizontal oder vertikal an die Oberfläche herangeführt werden. Abhängig von der Annäne rungs richtung an den Prüfpunkt wird die Tastvorrichtung In der einen oder anderen von zwei Arbeitsweisen arbeiten.

In ι—Ig. 3 ist aie erste Arbeitsweise dargestellt, bei weicher sich der Stiftschaft 1fc vertikal entlang der z-Achse 41 bewegt. Der Sperring 33, welcher am Stiftschaft 18 befestigt ist, hat eine äußere gekrümmte Oberfläche, welcne ko-npl irrcntär symmetrisch In bezug quf die untere innere gekrümmte Oberfläche des Gehäuses 13 ist. wenn der TastKontakt 39 bogenförmig ausgelen,<t wira, wird das geringe Lpiel zwischen den korresponaierenden gekrüruT ten Cberflächen des Genäuses 13 und des Sperringes 38, welches üblicherweise in der Grö3enordnung von 0,025 mm (0,001 inch) liegt, ein tlndrlngen das Sparringes 38 in aas oehäuse 13, wie In Fig. 4 gezeigt, verhindern. V.enn der Stiftschaft Ib jeaocn ausgehend von einer freien oder ungesperrten Lage entlang der z-Acnst- ausgelenkt wird, bewegt sich der Sperring 38 In das Gehäuse 13 hinein und verhindert solange eine Scnwenkbewegung um den Punkt 24, bis der Lt if tschaft 18 in seine voll ausgezogene ungesperrte Laje zurückgebracht wir j. JHe Bewegung des Stiftschaftes 1ö

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entlang aer z-Achse 41 wird bewirken, dai3 das sphärische Lagerelement * 19 die bewegliche Lagerschale 22 In Richtung des Pfeiles 26 bewegt und eine zusammendrückende Kraft auf die Schraubenfeder 23 ausUbt.

Sobald der Tastkontakt 39 von der erhabenen Kontur des Teiles 44, welche eine Bewegung der z-Achse zur Folge hatte, freikommt, wird die j

Schraubenfeder 23 die bewegliche Lagerschale 22 nach unten drucken und über die Lagerschale 22 eine RUckfUhrkraft auf den Stiftschaft 18 ausUben.

Wenn die Messung durchgeführt Ist, wird die Tastvorrichtuno entsprechend ae-ri Prograrnrr, vom Werkstück wegbewegt und so der Stiftschaft Λά In seine normale oder Anfangslage zurückgebracht.

Eine flexible Gummidichtung 42 umschließt das untere Ende des houses -13 und aen Sperring 38. Das obere Ende der Gummidichtung 42 Ist am Gehäuse 13 und das untere Ende am Stiftschaft 18 befestigt. Diese Anordnung verhindert das Lindringen von Fremdkörpern in die Vorrichtung und so eine Beschädigung der eng tolerierten Teile.

Fig. 2 erläutert die zweite Arbeitsweise der Testvorrichtung, bei der sich der Tastkontakt 39 dem Teil 44 von der Seite in Richtung des Pfel- !

les 45 genähert hat. Es entspricht dies einer Bewegung in der horizontalen Ebene In Richtung eines Prüfpunktes, welcher durch die x- und y-Koordlnaten definiert ist. Sobald der Tastkontakt 39 durch seine Berührung mit der ™ Oberfläche des Teiles 44 abgelenkt wird, währena sich die Tastvorrichtung

In Richtung des t-feiles 45 bewegt, dreht sich der Stiftschaft 18 um den Punkt j 24. Das obere Enae des Stiftschaftes 18 wird sich hierbei» auf einem bogenförmigen Weg bewegen und dadurch eine Verschiebung des Übersetzungsko- ,, J nus 27 In Richtung des Pfeiles 46 verursachen. Der Stiftschaft 18 bewegt V

sich nicht nacn.oben, wenn er bogenförmig ausgelenkt wird· Welter bewegt sich der Sperring 38 in eine Lage, In welcher er über die untere periphere Kante des Gehäuses 13 hinausragt. Dies verhindert die Auslenkung des Stift- i schaftes 18 nach oben in Richtung des Pfeiles 46, da Jede Tendenz des Sperr- I ringes 38, sich nach oben zu bewegen, in seiner Berührung mit dem Genau- *l

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OHIGiNAL INSPECTED ·

se 13 resultiert und dabei eine weitere Bewegung in vertikaler Richtung verhindert. Wenn der Stiftschaft 18 In seine ursprüngliche ungesperrte Lage zurückgebracht wird, gibt der Sperr ing 38 das Gehäuse 13 frei und die Tastvorrichtung kann für eine Messung In den x- bzw. y-Achsen programmiert oder zu einer Messung in der z-Achse bewegt werden.

Zusammengefaßt bewirkt eine Auslenkung In der x- oder y-Achse eine Schwenkbewegung des sphärischen Lagerelementes 19 um den Punkt 24, aufgrund derer das obere Ende des Stiftschaftes 18 eine nach oben gerichtete Kraft auf den Übersetzungskonus 27 überträgt. Dieser Vorgang wird weiter eine Aufwärtsbewegung des Tauchbolzens 33 bewirken und ein Ausgangssignal am Meöwertwandler 35 hervorrufen»

Eine Auslenkung des Stiftschaftes 18 längs der z-Achse wird direkt durch den Übersetzungskonus 27 längs dessen zentraler Achse auf den Tauchbolzen 33 übertragen. Auf diese Welse wird der Tauchbolzen 33 immer infolge einer geradlinigen Bewegung des Übersetzungskonus 27 bewegt, obwohl die Antriebskraft am Übe rs etzungs konus 27 entweder von einer direkten axialen Übersetzung oder von einer Vektorkomponente herrührti welche ihrerseits aufgrund der Schwenkbewegung des Stiftschaftes 18 auftritt. Die Aufgabe besteht nun darin, die Schaftlängen auf beiden Selten des Punktes 24 sdwle den Winkel der Oberfläche 47 und den Konuswinkel so auszuführen, daß eine bestimmte Auslenkung (ή der z-Achse den Übersetzungskonus 27 um den gleichen Betrag wie eine Auslenkung in der x- oder y-Achse bewegt. Die Art, in welcher das Ausgangssignal des MeSwertwandlers aufgezeichnet wird, ist weiter unten beschrieben.

Um eine weltgehend lineare Auslenkung des Übersetzungskonus 27 bei einer Schwenkbewegung des Stiftschaftes 18 zu erreichen, wird eine besondere geometrische Form des oberen Endes des Stiftschaftes 18 verwendet. Am besten ist diese Form aus Flg. 5 zu sehen, welche eine Detailansicht des Stiftschaftendes Im Schnitt zeigt. Wenn das obere Ende des Stiftschaftes 18 eine sphärische Oberfläche hätte, würde die Drehbewegung des Stlftschaftös und die resultierende Bewegung der sphärischen Oberfläche gegen den inneren Konuswlnkel SI von 90° d»s Übersetzungskonus 27 einen nichtlinearen Fehler In die Vertikal bewegung des Übersetzungskonus 27 brln-

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gen. Daher Ist das obere Ln&e des Stiftschaftes 18 so ausgeführt, daß seine Kontaktfläche n.it aem Übersetzungskonus 27 sich eher einem Kegel als einer Halbkugel nähert. Man sieht, äa3 der Stiftschaft 18 eine gekrümmte, halb konische Oberfläche 47 hat, welche aus einem Kreisbogen mit dem Radius 4ö um aen Mittelpunkt 49 entsteht. Die so entstandene Oberfläche kompensiert die der Vektorkomponente der Schwenkbewegung des Stiftschaftes 18 eigene Nichtllnearität und hat ein 1:1 Verhältnis zwischen der Verschiebung des Tastkontaktes 39 in der x- oder y-Achse und der geradlinigen Verschiebung des Tauchbolzens 33 zur Folge. In der praktischen Ausführung hat es sich gezeigt, dad der nichtlineare Fehler auf einen Betrag von weniger als 0,0165 mm (0,00065 Inch) bei einem maximalen Schwenkweg aer Tastvorrichtung von 3,25 mm (0,128 inch) reduziert werden konnte.

Fig. 6 zeigt eine weitere Aus führungs form der Vorrichtung, bei welcher ein elektrischer MeSwertwandler 55 anstelle des pneumatischen Meöwertwandlers 35, wie In Fig. 3 und 4 gezeigt, verwendet wird, v-vie der Fachmann ohne weiteres erkennt, kann eine Vielzahl von elektrischen I^ve3-wertgebern verwendet werden. Es hat sich jedoch gezeigt, da.3 ein linear variabler Differential-Transformator (LVDT) sich für diesen Zweck gut als MeSwertwandler eignet, da er ein elektrisches Ausgangssignal abgibt, welches proportional der linearen Verschiebung eines beweglichen Magnetkerns Isti Öer LVDT enthält eine zweiteilige Zylinderspule mit den Spulenteilen 57 und 53 und eine dazwischen liegende Erregerspule 59, welehe mit einer festen Trägerfrequenz von einem Oszillator 56 gespeJst wird. Die AusgangsgröSe der in Reihe geschalteten Spulenteile 57 und 58 besteht aus einem Wechselspannungssignal, dessen Amplitude eine Funktion der Lage des beweglichen Magnetkernes 61 ist« Die Spulenteile 57 und 5Θ sind entgegengesetzt gewickelt und in Reihe geschaltet; das In Ihnen durch die Auslenkung des Magnetkerns 61 erzeugte Signal wird einem Demodulationsfilter 62 zugeführt. Am Demodulatlonsfllter 62 tritt eine anlöge QlelehspannungsdusgangsgröSe auf, welche fm Verstärker 63 verstärkt und über die Klemme 64 einem elektrischen Anzeigegerät oder Registriergerät zugeführt wird*

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Der Schaft 63 entspricht In seiner Funktion dem Tauchbolzen 33 In den FIg, 2 bis 4 und Ist mit seinem oberen Ende am beweglichen Magnetkem des LVuT befestigt. In der Normalposition des Taststiftes wird der Magnetkern 61 In der kitte zwischen aen Spulenteilen 57 und 58 liegen und es wird daher kein Ausgangssignal an der Klemme 64 auftreten. Eine Auf- oder Abwärtsbewegung, wie sie durch den Doppelpfeil 66 angedeutet ist, wird jedoch ein Signal mit Trägerfrequenz von der Erregerspule 59 auf die Spulenteile 37 una t>o übertragen und ein resultierendes Ausgangssignal an der Klemrxe κΑ zur Folge haben", welches proportional der Größe der mechanischen Verschiebung des Magnetkerns ist.

Flg. 7 zeigt ein blockdlagramm des Systems, welches eine ürelachsentastvorrichtung b7, einen KeaWertgeber oäer MeSwertwandler 68, einen Verstärker 69 und einen Streifenschreiber 76 enthält. Wie bereits erwähnt, kann das Systecn aus Niedwertwandler und Registriervorrichtung ein elektrisches oder ein pneumatisches System sein. Beide Systeme gehören zum Gegenstand der Erfindung. »'

Die numerischen Daten, welche vom Bandgerät 71 kommen, werden über die Leitung 73 einen Servomechanismus zugeführt, welcher die Spindel der numerisch gesteuerten N aschlne 72, in welcher die Tastvorrichtung sitzt, verscnlebt. Aufgrund der Befehlssignale vorr Bandgerät 71 weraen die Spindel und die Tastvorrichtung 67 von einen. Bezugspunkt zu einem vorbestimmten Prüfpunkt bewegt. Die Tastvorrichtung 67 wird das zu prüfende Teil Im gegebenen Hrüfpunkt berühren. Infolge der berührung wird eine Verschiebung des Stiftschaftes stattfinden und eir entsprechendes Ausgangssignal über die Leitung 74, den Verstärker LS und die Leitung 75 zurr anzeigenden Streifenschreiber 76 übertragen.

Lier Streifenschreiber 76 enthält einen normalerweise geschlossenen Begrenzungsschalter 78, der sich bei einem Eingangssignal öffnet, das einer Auslenkung von mehr als 3,4 mm (0,135 inch) von der MittelI inie der Tastvorrichtung entspricht. Da die Antriebssteuerung der numerisch gesteuerten Nase line über die Leitung 77 in Reihe mitdem Begrenzungsschalter 7ά des Streifenschreibers 76 liegt, wird verhindert, da3 die Tast* vorrichtung mehr als 3,4 mm.(0,135 inch) ausgelenkt wird. Diese Anord-

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nung stellt eine Sicherheitsvorrichtung dar, welche verhindert, daß das Werkstück oder die Tast vor richtung durch übermäßige Relativbewegung zwischen beiden zerstört werden.

Bevor die Tastvorrichtung das zu prüfende Werkstück berührt, wird das Registriergerät in seiner Skala in negativer Richtung eingestellt. Die Me3wertwanaler 35 oder b5 werden so eingestellt, daß der Tastkontakt 39 um einen bestimmten Betrag ausgelenkt werden muß, ehe ein Ausgangssignal auftritt. Diese festgelegte Auslenkung soll als SchwelIwert bezeichnet werden und beträgt 1,5 mm (0,060 inch), uer SchwelIwert von 1,5 rnm (0,060 inch) hat zur Folge, da3 die Tastvorrichtung das zu prüfende Werkstück zunächst berührt und hierauf um den Betrag des Schwellwertes ausgelenkt werden muß, ehe man ein Ausgangssignal Null erhält. Die anfängliche Ablenkung des Tastkontaktes 39 wird also zunächst negative Meßwerte zur Folge haben. Eine weitere Ablenkung bewirkt, daß der Registrierstift durch Null lauft und positive Werte aufzeichnet. Auf diese Weise werden sowohl Übergrößen als auch Üntergrö3en beim Prüfteil festgestellt. Wenn das zu prüfende verkstück genau die gewünschten Abmessungen hat, erhält man das Null-Signal, wenn der Taststift durch seine Berührung mit dem Werkstück uti genau 1,5 mm (0,060 Inch) ausgelenkt wurde. Wenn das Werkstück Übergröße hat, wird das Ausgangssignal bei einer Auslenkung des Taststiftes von weniger als 1,5 mm (0,060 inch) auftreten und so eine Registrierung auf der negativen Seite der Nullinie der Registriervorrichtung zur Folge haben. Andererseits wird, wenn das zu prüfende Werkstück Untergröße hat, die Tastvorrichtung um mehr als 1,5 mm (0,060 Inch) ausgelenkt werden müssen, ehe das Null-Signal auftritt. Das Ausgangssignal wird damit auf der positiven Seite der NuIIInIe im Registriergerät festgehalten. Durch diese Anordnung können sowohl positive als auch negative Toleranzmessungen in einem Fehlerbereich von 3 mm (0,120 inch) durchgeführt werden. Nachdem aie Toleranz eines vorgegebenen Punktes gemessen und registriert worden Ist, gibt das Bandgerät 71 einen Befehl ab, welcher die Tastvorrichtung 67 vom Prüfpunkt entfernt und zum nächsten Prüfpunkt führt, worauf aer Meßvorgang wiederholt wird. Der Streifen oder Schreibstift des Streifenschreibers 76 bewegt sich in die richtige Lage für die Re-

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gistrJerung der nächsten Messung. Nachdem an allen PrUfpunkten gemessen wurde, wird die Tastvorrichtung in ihre Ausgangslage zurückgeführt und das geprüfte Werkstück kann aus der Maschine 72 entfernt werden'.

Aus der vorangegangenen Beschreibung Ist zu sehen, daß die Erfindung eine günstige Möglichkeit darstellt, Werkstücke dadurch zu prüfen, da:3 ein Teil der gleichen Vorrichtung verwendet wird, welche auch zur Herstellung des Werkstückes dient. Hierzu wird lediglich das Schneidwerkzeug durch die Tastvorrichtung ersetzt und Im Eandgerät ein Prüfband anstelle des Bandes für die Steuerung des Schneidwerkzeuges eingelegt. In einer praktischen Ausführung können Messungen mit einer Genauigkeit von 0,025 mm (0,001 Inch) und einer Reproduzierbarkeit von - 0,0125 mm \

(- 0,0005 Inch) durchgeführt werden. I

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Claims

Patentansprüche

/ 1. } Vorrichtung zur Prüfung von v.erkstücken auf richtige Abmessungen durch selektive Positionierung entlang drei orthogonaler Achsen relativ zum werkstück, daaurch gekennzeichnet, da>3 die Prüfvorrichtung aufgebaut ist aus einem hohlen Gehäuse (13), einem Stiftschaft (18) mit einem oberen Ende, welches sich In das Gehäuse (13) erstreckt, und mit einem unteren Ende, weiches den Kontakt mit dem Werkstück (7) herstellt! einer Befestigungsvorrichtung für äen Stiftschaft (18), welche eine begrenzte Bewegung in drei räumlichen Freiheitsgraden und in einer geradlinigen Richtung zuläStj einer am Gehäuse (13) befestigten Lagerschale (21) zur Abstützung der Befestigungsvorrichtung} einer Nockenoberfläche (47) an dem oberen Ende des Stiftschaftes (I8)j und einem MeBwertwandler (35, 55), welcher über eine konische Fläche mit der Nockenoberfläche (47) so in Verbindung steht, daS eine Bewegung des Stiftschaftes (iö) ein Ausgangssignal am MeSwertwandler (35, 55) zur Folge hat.

2. Vorrichtung nach Anspruch.1, daaurch gekennzeichnet , dä3 das Gehäuse (13) in einem Klemmring einer Spindel (4) befestigt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeicnn e t , da3 sie eine Stützfeder (2θ) enthält, welche den Stiftschaft (Ίβ) in einer mittleren Lage zwischen den Grenzen für die Schwenkbewegung des Stiftschaftes (13) hält.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, da3 der MeSwertwandler (35) ein Ventil enthält, mit dessen Hilfe bei einer Bewegung der Nockenoberfläche (47) ein pneumatisches Ausgangssignal hervorgerufen wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der MeSwertwandler (55) einen elektrischen Meßwertgeber enthält, mit dessen Hilfe bei einer bewegung der Nockenoberfläche (47) ein elektrisches Ausgangssignal hervorgerufen wird,

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b. Vorrichtung nach einem ooer mehreren der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennze Ichnet, öaä das hohle Zuhause (13) eine längliche. Form hatj die Botest I gungs vor richtung ein Lagerelement (ü) in der Mitte des Stiftschaftes (13) enthält, welches eine Bewegung des Stiftschaftes (18) In drei Freiheitsgraden zulä3t und welches gegen das untere Ende des Stiftschaftes (18) In einer festen Lagerschale (21) sitzt, während eine gleitend Im Gehäuse (13) bewegliche Lagerschale (22) acn oberen Ende des Lagerelementes (19) aufsitzt, so da.3 sich sowohl die bewegliche Lagerschale (22) als auch der Stiftschaft (18) geradlinig In Richtung der Lungsachse des Gehäuses (13) zur festen Lagerschale (21) hin und von Ihr weg verschieben können! ein Übersetzungskonus (27) gleitend Im Gehäuse (13) angebracht Ist und Über eine konische Fläche mit dem oberen Ende des Stiftscnaftes (18) In Verbindung steht, wodurch eine Schwenkbewegung mit zwei Freiheitsgraden sowie eine geradlinige Bewegung mit eine-n Freiheitsgrad des Stiftschaftes (18) aen Übersetzungskonus (27) längs der Hauptachse des. Gehäuses (13) verscnlebt und der r*.e3wertwandler (35, 55) mit dorn Übersetzungskonus (27) verbunden Ist. *

7. Vorrichtung nacti einem oder rrenreron der Ansprüche 1 bis e, dadurch ςιο kennzeichne t, aaj im ^,ihäuse (13) ein Federhalter (25) zwischen der beweglichen Lanerscnale (22) und dem Ubersatzungskonus (27) befestigt ist und eine Schraubenfeder (23) zwiscnen Federhalter (23) und der beweglichen Lagerschale (22) angeordnet Ist.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennze Ichnet , ua3 ein Sperring (38) air Stiftschaft (18) zwischen de-r. Lagerelement (19) und seinem unteren Enae ^o angebracht ist, da3 bol einor Schwenkbewegung des Stiftschaftes (18) ut einen Punkt (24) aer btiftschaft (18) nicht in da=. v3enduse (13) hineinbewegt wird und da3 der uuJere Durchmesser des Sperringes (38) gegenüber dem inneren Durchneeser das Jienäuses (13) entsprechend kleiner ausgeführt ist, £0 da3 sich der Sperring (38) und damit der Stiftschaft (16) bei einer Verschiebung entlang der Hauptachs· des Gehäuses (13) In dieses hineinbewegen kann.

909883/ 1259

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9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8,

dadurch gekennze Ichnet , da3 das obere Ende des Stiftschaftes (1ä) eine Im wesentlichen konische Form hat und da3 die entsprechende berUhrungsoberflache des Übersetzungskonus (27) eine Im wesentlichen hierzu kompl imentäre Form aufweist.

10. Numerisch gesteuerte faschine mit einer Spindel (4) mit Klemmring und einer Prüfvorrichtung entsprechend einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , da8 sie enthält einen Tisch (1) zur Auflage des zu prüfenden Werkstückes (7), eine Vorrichtung, um eine Relativbewegung zwischen Tisch (1) und Klemmring der Spindel (4) hervorzurufen, wobei die Prüfvorrichtung im Klemmring der Spindel (4) befestigt ist und das untere Ende des Stiftschaftes (18) das Werkstück (7) auf dem Tisch (1) berühren kann; ein programmiertes Prüfband, welches mit der Bewegungsvorricntung für die Relativbewegung zwischen Tisch (1J und V.erkstück (7) gekuppelt Ist, um die Relativbewegung zwischen Tisch (1) und Werkstück (7) entlang eines vorbestimmten Weges zu steuern} und ein Registriergerät (8), welches mit dem Meßwertwandler (35, 55) verbunden ist, um die Abmessungen des Werkstückes nach der Berührung zwischen Werkstück und Prüfvorrichtung anzuzeigen und zu registrieren.

0 9883/ 1 259 BAD-ORIQiNAL

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