DE2142359C - Weitbereichs-Längenmeßvorrichtung - Google Patents

Description

55

Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung mit großem Meßbereich zur Bestimmung des Durchmessers eines Werkstücks, mit einem Tragarm und einem drehbar an dem Arm gehalterten Hauptkörper, einem ersten am Hauptkörper gleitbar gelagerten Block mit einem vom Block gehaltenem Meßfühler, einem gleitbar am ersten Block gehaltenen zweiten Block mit einem vom zweiten Block gehaltenen Meßfühler, mit einer ersten Betätigungsvorrichtung zur Verschiebung des ersten Blocks und einer zweiten Bctiitigungsvorriciiiunu /ur Vcrschicbim« des zweiten Blocks in /ur Bewegungsrichtung des ersten Blocks entgegengesetzter Richtung um den gleichen Betrag.

Zur genauen Bearbeitung eines Werkstücks auf einen bestimmten Durchmesser mittels eines Werkzeugs, beispielsweise mittels eines Schleifrades, ist es erforderlich, den Durchmeser während der Bearbeitung, insbesondere während -les Schleifens, kontinuierlich zu messen. Im allgemeinen wird zu diesem Zweck eine Meßvorrichtung verwendet, die ein Paar auf Abstand voneinander stehende Meßfühler aufweist, die mit dem Umfang oder der Mantelfläche des V'erkstücks in Berührung gebracht werden. Soll ein Werkstück auf einen bestimmten Durchmesser geschliffen werden, der sich von dem des im vorhergehenden Schleifgang geschliffenen Werkstück unterscheidet, muß zuvor die Voreinstellung des Abstands der Fühler der Meßvorrichtung geändert werden.

Bei herkömmlichen Meßvorrichtungen dieser Art ist ein feststehender und ein drehbarer Meßfühler vorgesehen, die von zugeordneten Halteblocks abgestützt werden und der Abstand zwischen den Fühlern wird unter Verwendnug von Lehren oder einem Werkstück, das auf genaues Endmaß gearbeitet wurde, manuell auf einen Abstand eingestellt, der dem gewünschten Durchmesser entspricht. Die Meßfühler werden dann auf dieses bestimmte Abstandsverhältnis an einen Meßkopf über die abstützenden Halteblocks fixiert, die damit fest verbunden sind. Der eine Fühler ist drehbar an seinem zugeordneten Halteblock befestigt, wobei ein Ende mit einem Verschiebe- oder Vorschubdetektor oder entsprechenden Fühler operativ verbunden ist, beispielsweise einem Differentialübertrager, um die Bewegung des anderen Endes auf Grund von Änderungen abzutasten, die der Werkstückdurchmesser während des Schleifvorgangs erfährt

Bei einer herkömmlichen Meßvorrichtung dieser Art jedoch, bei der dio Fühlerhalteblocks mit dem Meßkopf nach Einstellung des Abstandes zwischen den Fühlern fest verbunden sind, läßt sich der Fühlerabstand nicht mehr automatisch so ände-.r·., daß eine Anpassung an einen neu zu wählenden Durchmesser für ein anderes nachfolgend zu schleifendes Werkstück erfolgen kann. Das heißt in anderen Worten, wenn irgendein Werkstück auf einen anderen Durchmesser als ein zuvor bearbeiteter Werkstückdurchmesser bearbeitet werden soll, so muß wieder eine manuelle Einstellung zur Änderung des Abstandes zwischen den Fühlern vorgenommen werden. Diese Neujustiening des Abstandes der Fühler ist relativ arbeitsaufwendig und begrenzt dementsprechend die Vielseitigkeit einer derartigen Meßvorrichtung.

Um diesem Nachteil zu begegnen, ist schon eine Meßvorrichtung vorgeschlagen worden, bei der eine manuelle Neu- oder Nachjustierung zur Bestimmung eines unterschiedlichen Werkstückdurchmessers nicht erforderlich ist. Dabei erfolgt die Einstellung durch eine Gleitverschiebung eines Fühlerpaars entlang von Führungsslangen aufeinander zu und voneinander weg in bezug auf die Mitte eines zu messenden Werkstücks, so daß der Abstand zwischen den Fühlern entsprechend der Durchmesseränderung, die für ein bestimmtes Werkstück gewünscht wird, veränderbar ist. Dabei ist eine Vorschubwelle oder eine Vorschubspindel mit Links- bzw. Rechts-Gewindeabschnitten an den Enden vorgesehen und die beiden Fühlerhalteblocks dienen als Gegenstück für diese Gewindeabschnittc, so daß die Fühler aufeinander zu und voneinander weg bewegbar sind, wenn die Vorschubwelle

bzw. Spindel gedreht wird, beispielsweise durch einen Impulsmotor. Dabei läßt sich der Abstand zwischen den Fühlern automatisch auf einen anderen Wert einstellen, je nach dem Durchmesser des zu schleifenden Werkstücks.

Diese Vorrichtung bringt jedoch noch einige Schwierigkeiten mit sich, die die Meßgenauigkeit beeinträchtigen. Beispielsweise werden bei einer Abstandsänderung die Steigungs- bzw. Teilungsfehler des Links- und Rechtsgewindes die auftretenden Ein-Stellungsgenauigkeiten verdoppeln. Auch kann ein Spiel zwischen den Hdteblocks und den Führungsstangen und irgendeine Unebenheit oder Nicht-Linearität bei den Führungsstangen dazu führen, daß die Fühler geringfügig verkanten. Außerdem wird die durch üen Impulsmotor erzeugte Wärme unerwünschterweise auf die Vorschubwelle oder Spindel und auf andere Elemente der Meßvorrichtung übertragen. All diese Faktoren treten normalerweise beim Betrieb einzeln auf, jedoch verursachen sie insgesamt einen merklichen Einfluß auf die Genauigkeit einer derartigen Meßvorrichtung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die obengenannten Nachteile der bisherigen Meßvor-F i g. 5 einen Vertikalschnitt, gesehen in Richtung der Pfeile an der Linie V-V in F i g. 4.

In Fig. 1 ist eine Meßvorrichtung zur Messung eines Werkstückdurchmessers gezeigt, bei der ein Führungssupport 13 durch eine Führungsstange ™

Führungssupport 13 durch eine Fgg und eine Kolbenstange 11 eines herkömmlichen hydraulischen Betätigungsgliedes horizontal verschiebbar ist. Ein Schwalbenschwanzteil 12 und eine Zahnstange 14 sind auf der Vorderseite des Führungssupports 13 vertikal ausgerichtet und ein gabelartiger Tragarm 15 mit Schwalbenschwanznut wirkt mit dem Schwalbenschwanz 12 am Führungssupport 13 zusammen. Wie Fig.2 zeigt, ist eine Einstellwelle 17 mit einem Ritzel 16 versehen, das mit der Zahnstange 14 kämmt und drehbar im Tragarm 15 gehaltert ist. Die Vertikalstellung des Tragarms 15 läßt sich damit durch Dvehung der Welle 17 einstellen. Zur Halterung des Tragarms 15 am Führungssupport 13 sind Schrauben 18 vorgesehen.

Fig. 4 läßt horinzontal ausgerichtete Drehzapfen 19 erkennen, die an den oberen Enden des gabelartigen Tragarms 15 befestigt sind und an de. Unterseite des Hauptkörpers 20 befestigte Arme 21 werden

_o„._ _ _.._o durch Kugellager über die Zapfen 19 drehbar gehal-

richtungen zu vermeiden und eine Meßvorrichtung 35 ten. Eine Zugfeder 65 (s. Fig. 1) ist zwischen einer der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der auto- Schraube 70, die in einem vorderen Vorsprung 7* am matisch rasch und genau ein Paar einen Werkstück- Tragarm 15 eingesetzt ist und dsm vorderen unteren

Eude des Hauptkörpers 20 gespannt, um damit eine ■ Gleichgewichtsbalance für den Hauptkorper 20 und andere Elemente zu gewährleisten, was weiter unten in Einzelheiten erläutert wird. Anschläge 72 sind auf eine Schraube 22 aufgezogen, die am oberen Ende des Tragarms 15 gehalten wird, und ein Anschlag 73, der flh d Hkö 20 bftigt ist

Tragar g ,

an der Unterfläche des Hauptkörpers 20 befestigt ist,

hlfläh 72

durchmesser abtastender »'"ühler auf einen vorbestimmten Abstand voneinander eingestellt werd°,n kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der erste Block eine mit einer Antriebseinrichtung gekuppelte drehbare Vorschubwelle trägt,

die über einen ersten Gewinde-oder Spindelabschnitt _.. ,

mit dem Hauptkörper und über einen zweiten Ge- 35 ragt zwischen die Anschläge oder Anschlagflächen 72

winde- oder Spindelabschnitt mit dem zweiten Block hinein, um Schwingungen oder Bewegungen des

zusammei wirkt, wobei beide Gewindeabschnitte ent- Hauptkörpers 20 zu begrenzen,

weder Rechts- oder Linksgewinde aufweisen, jedoch Wie Fig. 5 erkennen läßt, ist eine erste vertikale

die Teilung bzw. Steigung des zweiten Gewindeab- Führungsstange 23 am Hauptkorper 20 befestigt und

Schnitts doppelt so groß ist wie die des ersten Gewin- 40 weist einen oberen gleitbar dadurch gehaltenen Block

deabschnitts. 24 auf. Eine zweite. Führungsstange 25 ist gleitbar in

Der Hauptvorteil der erfindungsgemäßen Meßvor- den oberen Block 24 parallel zur ersten Führungsrichtung besteht darin, daß der Abstand zwischen den stange 23 eingesetzt und ein unterer Block 26 ist am Meßfühlergliedern durch die Drehung der Vorschub- unteren Ende der zweiten Führungsstange 25 befestigt welle, und zwar nur durch einen Abschnitt dieser 45 und ragt von der Unterseite des oberen Blocks 24 aus

nach unten. Damit ist die Genauigkeit der Relativbewegung vom unteren und oberen Block 24 bzw. 26 nur von der Genauigkeit der zweiten Führungsstange 25 abhängig.

Weiterhin wird eine Vorschubwelle 27 drehbar vom oberen Block 24 parallel zur ersten Führungsstange bzw. zweiten Führungsstange 23 bzw. 25 mittels eines Axialdruck- bzw. Schulterlagers 28 una über Nadellager 29 gehalten. Am oberen Ende der Vor-

den im folgenden an einem bevorzugten Ausführungs- 55 schubwelle ?7 ist ein Rechtsgewinde 30 vorgesehen, beispiel an Hand der Zeichnung näher erläutert, wo- während das untere Ende mit einem ähnlichen bei einander entsprechende Teile in den einzelnen Fi- Rechtsgewinde 31 versehen ist, dessen Steigung jeguren mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. doch doppelt so groß ist wie die des Rechtsgewindes Es zeigt 30. Das Rechtsgewinde 31 greift in eine untere V01-

F ig. 1 die Seitenansicht einer Durchmesser-Meß- 60 schubmutter 32 ein, die mit dem unteren Block 26 ver-¹ vorrichtung mit v/eitem Meßbereich gemäß der ErNn- bunden ist, während das Rechtsgewinde 30 mit einer

Welle Steuer- und kontrollierbar ist, wobei die Mittenposition des Abstandes zwischen dem Meßfühlerpaar nicht verändert wird. Dabei ist die Vorschubwelle durch den ersten und zweiten Block überdeckt, so daß sie nicht mit Kühlmittel bespritzt werden kann, so daß auch in dieser Hinsicht keine Beeinträchtigung der Meßgenauigkeit eintreten kann, d. h. die Meßgenauigkeit bleibt konstant.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werdung,

F i g. 2 einen Schnitt, gesehen in Richtung der Pfeile an der Linie H-T in Fig. 1,

F i g. 3 einen Schnitt, gesehen in Richtung der Pfeile an der Linie TIl-III in Fig. 1,

Fig.4 einen Längsschnitt, gesehen in Richtung der Pfeile an der Linie IV-IV in F i g. 1 und oberen Vorschubmutter 34 kämmt, die mit einem vom Hauptkorper 20 getragenen Bock 33 fest verbunden ist.

Ein Zahnrad 35 ist auf die Welle 36 eines Impulsmotors 66 aufgesetzt, der an der Seite des Hauptkörpers 20 befestigt ist. Das Zahnrad 35 kämmt mit einem Zahnrad 38, das drehbar auf eine am Haupt-

körper 20 befestigte Zwischenwelle 37 aufgesetzt ist. befestigt ist, das vom Hauptkörper 20 getragen wird,

Ein weiteres Zahnrad 40, das auf eine Welle 39 aufgc- und den Impulsmotor 66 umgibt. Damit umströmt die

zogen ist, die über geeignete Lager im Hauptkörper 20 Luft zwangsweise den Impulsmotor 66 und die Tcm-

und dem Bock 33 gehalten ist, kämmt mit dem Zahn- peratur in der Nähe der Vorschubwelle 27 wird damit

rad 38. Auf die Welle 39 ist weiterhin ein relativ gro- 5 auf einem gleichmäßigen Wert gehalten, so daß auch

ßes Zahnrad 41 aufgekeilt, das mit einem Zahnrad 42 die Meßgenauigkeit beibehalten wird, unabhängig von

kämmt, das mit der Vorschubwelle 27 nahe einem der durch den Impulsmotor 66 erzeugten Wärme.

Ende fest verbunden ist. Damit läßt sich die Drehung Zwischen dem Impulsmotor 66 und dem Hauptkörper

der Achse 36 des Impulsmotors 66 über die Zahnrä- 20 sind weiterhin Wärmeisolatoren 63 und ein Reflck-

der 35, 38, 40 und 42 auf die Vorschubwelle 27 über- io tor 64 befestigt, um einen Wärmedurchgang oder

tragen. Wird die Vorschubwelle 27 von oben gesehen Übergang vom Impulsmotor 66 auf die Vprschub-

im Uhrzeigersinn gedreht, so wird der obere Block 24 welle 27 und andere Elemente weiter zu unterbinden,

entlang der ersten Führungsstange 23 nach unten be- Die Funktionsweise d"r erfindungsgemäßen Meß-

wegt, und zwar über das Rechtsgewinde 30 und die vorrichtung ist wie folgt:

obere Vorschubmutter 34, während der untere Block 15 Zunächst muß der Arbeitspunkt des Diffcrential-26 zusammen mit der Führungsstange 25 um einen Übertragers 62, bei dem ein dem gewünschten Werk-Betrag nach oben verschoben wird, der genau der Ab- stückdurchmcsscr angebendes Signal erzeugt wird, in wärtsbewegung des oberen Blocks 24 entspricht, und bezug auf einen Referenz- oder Ursprungspunkt zwar auf Grund des Eingriffs des Rechtsgewindes 31 genau eingestellt werden. Diese Einstellung erfolgt in die untere Vorschubmutter 32. ao vorzugsweise unter Verwendung einer genauen Lehre

Wird umgekehrt die Vorschubwelle 27 im Gegen- oder eines speziell vorbereiteten Werkstücks. Dabei

Uhrzeigersinn gedreht, so wird der obere Block 24 wird die Lehre mit dem genauen äußeren Endmaß,

nach oben und der untere Block 26 nach unten vcr- vorzugsweise zwischen das Meßfühlerpaar eingesetzt,

schoben. Die Genauigkeit des Relativabstandes zwi- Die Vertikalstcllung der gesamten Vorrichtung wird

sehen dem oberen Block 24 und dem unteren Block as dann rch.'.iv zum Führungssupport 13, wie oben er-

26 hängt damit nur von der Steigungsgenauigkeit des wähnt, eingestellt. Ebenso wird der stationäre Meß-

Rechlsgewindes 31 und nicht vom Rechtsgewinde 30 fühler 46 relativ zur Platte 45 einjustiert, so daß die

ab. Meßfühler den AuBenmantel bzw. die einander gc-

Wie die Fig. 3 und 5 zeigen, ist der obere Block genüberstehenden Mantellinien der Lehre unterlcich-24 mit einer Zahnstange 43 und einem Schwalben- 3° tem Anlagedruck berühren. Unter dieser Voraus.sctschwanz 44 versehen. Ein feststehendes Meßglied zung wird der Arbeitspunkt des Differentialübertra- oder ein Fühler 46 ist mit einer Schwalbenschwanznut gers 52 so eingestellt, daß er ein der Durchmesscrabverschen, in die der Schwalbenschwanz 44 der Platte messung der Lehre entsprechendes elektrisches Signal 45 eingreift. Eine Einslellstange 48 mit einem Ritzel liefert. Wird der Nenndurchmesser der Lehre oder des 47, das mit der Zahnstange 43 kämmt, wird drehbar 35 Musterstücks als Bezug genommen, so wird eine der auf dem feststehenden Meßfühler 46 gehalten, so daß Differenz zwischen diesem Bezugspunkt und einer sich die Vcrtikalstellung des feststehenden Meßfüh- vorgewählten Abmessung entsprechenden Impulssignal lers 46 entlang der Platte 45 durch Drehung der Ein- dem Impulsmotor 66 zugeführt, so daß die Vorstellstange 48 einjusticrcn läßt. Schrauben 49 halten schubwelle 27 über die zuvor beschriebene Folge von den feststehenden Meßfühler 46 auf der Platte 45. 40 Zahnrädern angetrieben wird. Es sei angenommen,

Zurück zu F i g. 1: Ein bewegliches Meßglied oder die Welle 36 des Impulsmotors 66 drehe sich im Ge-

ein Meßfühler 50 ist am unteren Block 26 mittels über genuhrzeigersinn (in Fig. 5 von oben gesehen), so

Kreuz angeordneter Blattfedern 51 festgehalten. Das daß die Vorschubwelle 27 damit in Uhrzeigerrichtung

innere Ende des Meßfühlers 50 steht in Kontakt mit gedreht wird und damit die Vorschubwelle 27 nach

einem Differentialübertrager 52, der am unteren 45 unten verschoben wird. Als Folge davon wird der

Block 26 befestigt ist, um irgendwelche Verschiebung obere Block 24 nach unten entlang der ersten Füh-

des beweglichen Meßglieds 50 festzustellen. rungsstange 23 verschoben. Damit wird der fe^tste-

Wie Fig.4 erkennen läßt, sind mit dem Block 33 hende Meßfühler 46 um einen Abstand nach unten bzw. mit dem Hauptkörper 20 elastische Einsatzteile bewegt, der der dem Impulsmotor 66 zugeführten Im-55 bzw. 56 verbunden, die Strahldurchtrittskanäle 53 50 pulssignalanzahl entspricht. Wie oben beschrieben, bzw. 54 aufweisen, die auf entgegengesetzte Seiten des wird der untere Block 26 mit dem bewegbaren Meß-Zahnrades 42 gerichtet sind. Die Strahlöffnungen 53 fühler 50 um einen Abstand nach oben verschoben, und 54 sind jeweils an Leitungen 57 und 58 ange- der doppelt so groß ist wie der Abstand um den der schlossen, die zu einer nicht gezeigten Druckluft- feststehende Meßfühler 46 nach unten verschoben quelle führen. Die Leitungen 57 und 58 sind mit 55 wird, und zwar auf Grund der Steigung des Rechtsge-Druckmeßfühler 59 bzw. 60 ausgerüstet, so daß der windes 31 der Vorschubwelle 27, die, wie beschrie-Drackmeßfühler 59, wenn das Zahnrad 42 die Strahl- ben, doppelt so groß ist wie die des Rechtsgewindes öffnung 53 verschließt, den oberen Totpunkt der 30. Damit läßt sich der Abstand zwischen einem Meß-Vorschubwelle 27 abtastet, um ein zu weites Ausfah- fühlerpaar als auch der Arbeitspunkt einer Meßvorren zu verhindern. In ähnlicher Weise wird der untere 60 richtung ohne Änderung der Mittelposition des AbTotpunkt der Vorschubwelle 27 über den Druckmeß- Standes zwischen dem Meßfühlerpaar verändern. Im fühler 60 ermittelt, wenn das Zahnrad 42 die Strahl- Anschluß an diesen Einstellvorgang v/ird, wenn die öffnung 54 verschließt. Die konstant über die Strahl- Abmessung des Werkstücks den bestimmten Wert eröffnungen 53 und 54 austretende Druckluft durch- reicht, ein Ausgangssignal am Differential-Übertrager strömt das Innere des Hauptkörpers 20 und eine Öff- 65 an einen in der Zeichnung nicht gezeigten Komparanung 61 (siehe F i g. 5) und umströmt das Äußere des tor abgegeben, der anzeigt, daß der Werkstücktiurch-Impulsmotors 66 und entweicht dann über ein Filter messer nun mit dem vorgegebenen Wert übercin-62 in die Außenatmosphäre, das an einem Gehäuse 74 stimmt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Meßvorrichtung mit großem Meßbereich zur Bestimmung des Durchme: sers eines Werkstücks, mit einem Tragarm und einem drehbar an den Arm gehalterten Hauptkörper, einem ersten am Hauptkörper gleitbar gelagerten Block mit einem vom Block gehaltenen Meßfühler, einem gleitbar am ersten Block gehaltenen zweiten Block mit ia einem vom zweiten Block gehaltenen Meßfühler, mit einer ersten Betätigungsvorrichtung zur Verschiebung des ersten Blocks und einer zweiten Betätigungsvorrichtung zur Verschiebung des zweiten Blocks in zur Bewegungsrichtung des ersten Blocks entgegengesetzter Richtung um den gleichen Betrag, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Block (24) eine mit einer Antriebseinrichtung gekuppelte drehbare Vorschubwelle (27) trägt, die über einen ersten Gewinde- oder ao Spindelabschnitt (30) mit dem Hauptkörper (20) und über einen zweiten Gewinde- oder Spindelabschnitt (31) mit dem zweiten Block (26) zusammenwirkt, wobei beide Gewindeabschnitte (30,31) entweder Rechts- oder Linksgewinde aufweisen, jedoch die Teilung bzw. Steigung des zweiten Gewindeabschnitt' (31) doppelt so groß ist wie die des ersten Gewindeabschnitts (30).

2. Meßvorrichiung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Führungsstange (23) mit dem Hauptkörper (20) l\.st verbunden ist, daß der erste Block (24) gleitbar mit der ersten Führiingsstange (23) verbunden ist, daß eine zweite mit dem zweiten Block (26) fest verbundene Führungsstange (25) gleitbar vom ersten Block (24) gehalten ist und daß die Antriebseinrichtung einen am Hauptkörper (20) befestigten Impulsmotor (66) aufweist.

3. Meßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß um das Äußere des Impulsmotors (66) über düsenartige Durchtrittsöffnungen Druckluft zuführbar ist.

4. Meßvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubwelle (27) ein vom Impulsmotor (66) aus antreibbares Zahnrad (42) trägt, daß eine erste mit einem Druckmeßfühler verbundene Druckluftstrahl-Durchtrittsöffnung (53) gegen die eine Seite des Zahnrads (42) und eine zweite mit einem anderen Druckmeßfühler (60) in Verbindnug stehende zweite Druckluftstrahl-Durchtrittsöffnung (54) gegen die andere Seite des Zahnrads (42) gerichtet ist.