DE1944605C3

DE1944605C3 - Vorrichtung zur Messung der Rundheit von zylindrischen Werkstücken

Info

Publication number: DE1944605C3
Application number: DE19691944605
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen 3050 Wunstorf Heider
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-09-03
Filing date: 1969-09-03
Publication date: 1981-08-13
Also published as: DE1944605A1; DE1944605B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung der Rundheit von zylindrischen Werkslücken, insbesondere zur Messung von Gleichdick-Formen. mit wenigstens einem Meßfühler und einem den Meßfühler tragenden, mit Prismenauflagr· versehenen Meßbügcl, der sich an in Umfangsrichtung gegeneinander versetzten, zu beiden Seiten des Meßfühlers vorgesehenen Prismenauflagestellen auf dem Werkstück abstützt.

Es ist bekannt (DE-PS 11 00 978), die Rundheit von zylindrischen Werkstücken dadurch zu messen, daß die Werkstücke auf einen mit hoher Genauigkeit umlaufenden Rundtisch gesetzt und von einem Meßlaster abgetastet werden. Eine andere bekannte Lösung (DE-PS 6 99 220) besteht darin, den Meßtaster an einer mit hoher Genauigkeit umlaufenden Spindel /u befestigen und um das stillstehende Werkstück herum zu führen. Der wesentliche Nachteil dieser bekannten Vorrichtungen besteht in dem hohen Aufwand, der durch einen Rundtisch oder eine Spindel hoher Genauigkeit bedingt ist.

Es ist ferner bekannt, die Rundheit von zylindrischen Werkstücken dadurch zu messen, daß man das Werkstück in ein Prisma einlegt und unter einem Meßtaster dreht (Nitsche-Trumpold, »Einführung in die Längenmeßtechnik«, 6. Aufl., Leipzig 1969, S. 124-127). Mit Vorrichtungen dieser Art lassen sich jedoch beispielsweise sogenannte Gleichdick-Formen nicht einwandfrei messen (derartige Werkstücke weisen zwar in allen diametralen Ebenen denselben Durchmesser auf, wobei sich jedoch der Durchmessermittelpunkt verlagert). Je nach der Eckenzahl des Gleichdicks (die in der Praxis zwischen 3 und 11 schwanken kann) muß ein unterschiedlicher Prismenwinkel (zwischen 56 und 130" gewählt werden.

Eine in der US-PS 32 74 693 beschriebene Vorrichtung enthält zwei in Längsrichtung versetzt zueinander angeordnete Prismen mit eingesetztem Meßfühler. Die beiden Meßfühler sitzen somit in einem gewissen Abstand hintereinander auf derselben Scheitellinie. Eine solche Ausführungsform ist mit dem wesentlichen Nachteil behaftet, daß sie eine — im übrigen nur sehr

ίο unvollkommene — Gleichdickmessung nur bei Werkstücken größerer Länge ermöglicht, während schmale und kurze Werkstücke mit dieser Vorrichtung nicht geprüft werden können.

In der Technik taucht jedoch oft das Problem auf, eine Rundheitsmessung auch bei Werkstücken kurzer Länge durchzuführen. So können bisher Kurbelwellen größerer Abmessungen auf Rundheitsmeßmaschinen wegen der gekröpften Bauart nur sehr schlecht vermessen werden, zumal die Notwendigkeit besteht, die Zapfen der Kurbelwelle bis an die aufgehenden Wangen auf eine etwaige Gestaltabweichung zu untersuchen. Es leuchtet ein, daß mit der Vorrichtung gemäß US-PS 32 74 693 wegen ihrer langgestreckten Bauart eine solche Messung nicht möglich ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der Nachteile der bekannten Ausführungen eine Meßvorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß mit einfachen Mitteln die Rundheit von zylindrischen Werkstücken, insbeson-

jii dere von Gleichdick-Formen, auch bei kurzen Werkstücken sowie Werkslücken mit unbekannter Vielcckzahl einwandfrei gemessen werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zu beiden Seiten des Meßfühlers mindestens je ein

j5 gegenüber dem Meßbügel beweglicher Prismenkörper mit zwei Prismenauflagestellen vorgesehen ist.

Bei dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform sind somit alle Prismenauflagestellen in Umfangsrichtung des Werkstückes versetzt zueinander angeordnet,

,κι wodurch es möglich ist, auch kurze Werkstücke einwandfrei auf Rundheit /x\ vermessen. Durch die geeignet angeordneten Prismen sowie insbesondere durch die Anordnung von deren Auflagestcllen wird der den Meßfühler tragende Meßbügel auch dann auf einer annähernd zylindrischen Bahn gehalten, wenn das Werkstück eine der üblichen Vicleckformen, insbesondere ein 3-, 5-, 7-, 9- usw. eckiges Gleichdick ist.

Es besteht ferner die Möglichkeit, mehrere in Umfangsrichtung angeordnete Meßfühler vorzusehen.

Die Erfindung sei im folgenden anhand einiger in der Zeichnung veranschaulichter Alisführungsbeispiele näher beschrieben. V.s zeigt

F ι g. 1 ein Schema eines ersliMi Ausführungsbeispielcs der Vorrichtung,

F i g. 2a eine Schemadarstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise bei einem dreieckigen Gleichdick.

Fig. 2b eine Schemadarstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise bei einem fünfeckigen Gleichdick,
Fig. 2c eine Schemadarslelliing zur Erläuterung der Wirkungsweise bei einem zusammengesetzten drei- und fünfeckigen Gleichdick,

F i g. 3 eine Prinzipdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispieles,

Fig. 4 eine Schemadarstellung einer weiteren Ausführungsform der Vorrichtung.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zur Messung der Rundheit eines zylindrischen Werkstückes 1 enthält im wesentlichen einen Meßfühler, dessen beweglicher

Teil 2 das Werkstück 1 abtastet und dessen feststehender Teil 3 von einem Meßbügel 4 getragen wird. Der Meßfühler kann beispielsweise auf induktiver, kapazitiver oder piezoelektrischer Basis beruhen. Er ist an eine im einzelnen nichl dargestellte Verstärker-, Rechen- und Anzeigeeinrichtung angeschlossen.
Zu beiden Seiten des Meßfühlers 2, 3 ist je ein Prisma

5 bzw. 6 angeordnet. Die beiden Prismen liegen längs linienförniiger Prismenauflagestellen 5;;, 5b, 6a, 6£> auf dem Werkstück 1 auf und sind an einstellbaren Verbindungsstangen 7, 8 schwenkbeweglich (Achsen 9, 10) gelagert.

Der Winkel zwischen den die Prismen tragenden Stangen 7, 8 ist mit oc und der Winkel zwischen den Prismenauflagestellen 5a, 5b (ebenso wie der Winkel zwischen den Prismenauflagestellen 6;;, 6b) mit γ bezeichnet.

Das Werkstück 1 stützt sich auf einer durch Rollen 11 gebildeten Halterung ab.

An Hand der F i g. 2a, 2b und 2c sei zunächst erläutert, daß der Meßfühler 2, 3 auch dann eine fehlerfreie Messung der Rundheit des Werkstückes 1 durchführt, wenn das Werkstück ein 3eckiges, ein 5eckiges oder ei· 3- und 5eckiges Gleichdick darstellt.

Ein 3eckiges Gleichdick besitzt bezogen auf den idealen Durchmesser (in Fig. 2a Linie 12) drei sinusförmige Wellen auf den Umfang verteilt. Der Umfang des Werkstückes 1 wird in diesem Falle (in Abwicklung) durch die Sinuslinie 13 dargestellt.

Der Meßbügel 4 der Meßvorrichtung stüt/t sich über die beiden (in F i g. 2a etwas schematisierten) Prismen 5,

6 auf dem Umfang ab. Die Auflagcstellcn (5;f, 5b und S.7, 6b) jedes Prismas sind um den Winkel γ gegcncinandei versetzt; die l'rismenmitlelpunkte (Schwenkachsen 9, 10) weisen in Bügenwinkeln den Abstand rx auf.

Wählt man für ein 3eckiges Glcichdick den Winkel λ zu 180/3 = 60' und für ein 5eckiges Gleichdick den Winkel γ zu 180/5=36", so erkennt man bei Betrachtung der F i g. 2a und 2b, daß bei Abtastung des Werkstückunifanges der Meßbügel 4 und damit der feststehende Teil 3 de?. Meßfühlers stets parallel zum idealen Umfang 12 des Werkstückes bleibt. Infolgedessen tastet der bewegliche Teil 2 des Meßfühlers fehlerfrei den Werkstückunifang ab.

Gleiches gilt, wenn das Werkstück ein zusammengesetztes 3- und 5eckiges Gleichdick darstellt (vgl. Fig. 2c). Bei dem in Fig. 3 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel ist zwischen dem mittleren Meßfühler 2, 3 und den beiden Prismen 5, 6 noch je ein weiterer Meßfühler 14, 15 und 16, 17 angeo"dnct. Der Abstand der beiden zusätzlichen Meßfühler vom mittleren Meßfühler ist mit ψ\ und der Abstand der Prismenmiiteliichsen vom mittleren Meßfühler mit ψ.\ bezeichnet. Die Auflageslellen 5;/, 5b bzw. 6;j, 6b der beiden Prismen sind gleichfalls um den Winkel φι gegeneinander versetzt.

Für die Auslenkungen /_>, Αμ und Fi_bder beweglichen Fühler 2, 14 und 16 der drei Meßfühler gelten die folgenden Gleichungen:

F₁ = sin οc<
F₁₄ = sin η (ο —
F₁₁, =sin /!('" +

Dabei ist η eine ganze Zahl, die die Eckenzahl des Vielecks angibt und in der Praxis zwischen 2 und 12 liegt.

Die Bewegungen R? bzw. R_s der beiden Prismen-Trägerslangen 7, 8 und die hierdurch hervorgerufenen ίο Bewegungen des Meßbügels 4 sind durch folgende Gleichungen gegeben:

R₇ =

Nimmt map die Auslenkungen Fi, Fu und F_lb der 2» beweglichen T -ile 2, 14, Ifi der Meßfühler als negativ und die Bewegung des Meßbügels 4 mit den feststehenden T°ilen 3, 15, 17 der Meßfühler als positiv an, so ergeben sich für die Signale Ai, Av,
Meßfühler folgende Gleichungen:

A, -1,(K-, (-Rh)-F,

-ν ι

Vi Vl

V ι ■■ Vi

-V I

R₇+ '' ' ⁺'" Rk -F₁,, (H)

-V I

π Diese drei Signale Aj, Ay--, und Ay: werden nun nach folgender Gleichung zusammengeschaltet:

.S' - /).,U -2«)- «Mis + 4,₇)

-κι Hierbei ist u eine Konstante, die man ebenso wie (/ ι und φι derart wählt, daß sich bei den in der Praxis am häufigsten vorkommenden Vicleckzahlen ein geringstmöglicher Fehler ergibt. Wie rechnerisch ermittelt wurde, sind günstige Werte beispielsweise:

>,., = 47^ ;,/, = 25,7 ;« = 1,300

Bei dem in Fig. 4 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel, sind zu beiden Seilen des Mebfühlers 2, 3 je zwei Prismen 5, 5' bzw. 6, 6' vorgesehen, die schwenkbeweglich an den beiden Armen eines doppclarmigen Hebels 18, 19 angreifen. Diese Hebel sind ihrerseits schwenkbeweglich (Achsen 20, 21) an Verbindungsstangen T, 8' gelagert und über diese Stangen mit dem Meßbügel 4 verbunden. Mit einer solchen Anordnung lassen sich bei geeigneter Wahl der Prismenauflagesteilen beispielsweise 3-, 5- und 7eckige Gleichdicke (mit drei verschiedenen Eckenzahlen) einwandfrei vermessen.

Hierzu 3 IiUiU Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Messung der Rundheit von zylindrischen Werkstücken, insbesondere zur Messung von Gleichdick-Formen, mit wenigstens einem Meßfühler und einem den Meßfühler tragenden, mit Prismenauflage versehenen Meßbügel, der sich an in Umfangsrichtung gegeneinander versetzten, zu beiden Seiten des Meßfühlers vorgesehenen Prismenauflagestellen auf dem Werkstück abstützt, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten des Meßfühlers (2, 3) mindestens je ein gegenüber dem Meßbügel (4) beweglicher Prismenkörper (5 bzw. 6) mit zwei Prismenauflagestellen (5;;, 56 bzw. 6a,6b) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Prismen (5, 6) schweiikbevveglich am Meßbügel (4) gehaltert sind.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seilen des Meßfühlers (2, 3) je zwei Prismen (5, 5' und 6, 6') vorgesehen sind, die schwenkbeweglich an den beiden Armen eines doppelarmigen Hebels (18 bzw. 19) angreifen, der seinerseits schwenkbeweglich am Meßbügel (4) gehaltert ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem mittleren Meßfühler (2,3) und den beiden Prismen (5, 6) je ein weiterer Meßfühler (14, 15; 16, 17) angeordnet ist.