DE3532703C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen des Innen- und/oder Außendurchmessers von rotationssymme­ trischen, vorzugsweise zylindrischen Werkstücken nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus der DE-OS 35 07 416 (ältere Anmeldung) ist eine Vor­ richtung dieser Art bekannt, bei der es notwendig ist, diejenigen Werkstückpunkte, an dem die Anschläge in Anlage zu bringen sind, exakt dahingehend zu bestimmen, daß sie tatsächlich in Durchmesserrichtung des Werkstückes einander gegenüberliegen. Hierzu ist ein verhältnismäßig großer apparativer Aufwand erforderlich, außerdem ist die exakte Bestimmung der Durchmesserrichtung verhältnismäßig zeitaufwendig. Ähnliche Vorrichtungen zur Durchmesserbe­ stimmung sind aus der DE-OS 33 30 396 und der Literatur­ stelle Zeiss-Information 25 (1980), H. 91, Seiten 52 bis 63, bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung der gattungsgemäßen Art zu schaffen, welche eine schnellere Durchmesserbestimmung mit verringertem appara­ tiven Aufwand gestattet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Kenn­ zeichen des Patentanspruches 1 genannten Merkmale gelöst.

Besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung zeichnet sich gegenüber dem Stand der Tech­ nik dadurch aus, daß das Meßverfahren deutlich beschleu­ nigt und zuverlässiger gemacht wird, indem unter Verzicht auf eine exakte Vorabbestimmung der Durchmesserrichtung eine Sekantenschar vermessen und der Maximalwert der ge­ messenen Sekantenlängen als zu messender Durchmesser wei­ terverarbeitet wird. Der Steuerungsaufwand ist gering. Die Erfindung läßt sich, wie beansprucht, alternativ so ausgestalten, daß an beispielsweise einer mit Spindel versehenen Doppelschlittenanordnung zwei Anschläge mit jeweiligem Tastkopf vorgesehen werden, es kann aber auch vorgesehen sein, daß lediglich ein Anschlag mit Tast­ kopf vorgesehen ist, während der andere Anschlag be­ züglich des entsprechenden Schlittens oder dergleichen starr ausgebildet ist. Im letztgenannten Fall schiebt entweder die Vorrichtung das Werkstück in die richtige Lage bezüglich der Meßachse oder aber die Vorrichtung selbst bewegt sich durch eine entsprechende Verschie­ bung in die korrekte Meßlage.

Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der schematischen Zeichnung im einzelnen erläu­ tert. Dabei zeigt

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vor­ richtung nach der Erfindung im vertikalen Längsschnitt durch die Längsmittelachse eines zu vermessenden Werkstücks;

Fig. 2 ein Ausführungsbeispel einer bei der Vorrich­ tung nach Fig. 1 verwendbaren Aufhängung;

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III von Fig. 1, unter Weglassung außerhalb der Schnitt­ ebene liegender Einzelheiten;

Fig. 4 in ähnlicher Schnittdarstellung wie Fig. 3 ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung; und

Fig. 5 in wiederum den Fig. 3 und 4 ähnlicher Schnitt­ darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Wie Fig. 1 erkennen läßt, weist die Vorrichtung nach der Erfindung bei dem dort gezeigten Ausführungsbeispiel eine Aufhängung 10 auf, an der ein Rahmen 12 befestigt ist, der die Form eines - in der Zeichnung von Fig. 1 gesehen - nach unten offenen "U" hat und in dessen beiden Schenkeln 14, 16 eine Links/Rechts-Spindel gelagert ist, die durch einen Getriebemotor 20 antreibbar ist, der an dem Schenkel 16 befestigt ist. Ein die beiden Schenkel 14, 16 verbin­ dender Steg des Rahmens 12 weist eine Schwalbenschwanzfüh­ rung 22 für zwei sich bei einer Drehung der Spindel 18 aufeinander zu bzw. voneinander weg bewegende Schlitten 24, 26 auf, von denen der Schlitten 26 in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise einen sich über den relativen Verfahrbereich des Schlittens 24 erstreckenden Glasmaß­ stab 28 und der andere Schlitten 26 einen Zeiger 30 trägt, der dem Glasmaßstab 28 zugeordnet ist. An den Schlitten 24, 26 sitzen ferner Anschläge 32 bzw. 34, die, in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise kipphebelartig gelagert, jeweils einen kugelförmigen Tastkopf 36 bzw. 38 aufweisen und jeweils mit einem Meßwertaufnehmer 40 bzw. 42 versehen sind, die bei dem gezeigten Ausführungs­ beispiel an der Außenwandung des oberen Teiles eines ge­ drehten Werkstückes 44 anliegen. Dem Glasmaßstab 28 ist ein Wegaufnehmer 46 zugeordnet, der die Relativstellung des Zeigers 30 bezüglich des Glasmaßstabes 28 und damit den in geeigneter Weise normierten gegenseitigen Abstand der Schlitten 24, 26 zu messen gestattet.

Wie Fig. 2 zeigt, weist die Aufhängung 10 bei dem dort gezeigten Ausführungsbeispiel im Anschluß an ein Schaft­ teil einen Flansch 48 auf, der sich über Kugeln 50 an einer maschinenfesten Tragplatte 52 abstützt, so daß die Aufhängung 10 also bezüglich der maschinenfesten Tragplatte 52 verschiebbar und im übrigen auch frei drehbar ist.

Fig. 3 zeigt, entsprechend Fig. 1, die außen an dem Werk­ stück 44 anliegenden Tastköpfe 36, 38 in Kugelform. Bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel, bei dem der Innendurchmesser des Werkstückes 44 ermittelt werden soll, liegen an der, in der Zeichnung gesehen, linken Innenfläche des Werkstückes 44 zwei Anschlagkugeln 54 (oder auch andere rotationssymmetrische Anschlagkörper, wie Rundschneiden, Rotationsellipsoide oder dergleichen) an, während an der rechten Innenfläche auch hier wiederum ein kugelförmiger Tastkopf 38 in Anlage gebracht ist; die beiden Anschlagkugeln 54 stehen dabei mit dem in Fig. 1 links gezeigten Schlitten einer entsprechenden Vorrichtung, also 24, in definierter Ver­ bindung, wobei also dem Schlitten 24 hier ein durch die beiden Anschlagkugeln 54 gebildeter starrer Anschlag an­ statt des in Fig. 1 vorgesehenen auslenkbaren Anschlags 32 zugeordnet ist, während der kugelförmige Tastkopf 38 wie bei Ausführungsbeispiel von Fig. 1 dem Schlitten 26 zugeordnet ist. Bei dem Aus­ führungsbeispiel von Fig. 5 schließlich liegt an der Außenfläche des Werkstückes 44 links eine Anschlag­ schneide 56 an, die mit dem Schlitten 24 bei diesem Ausführungsbeispiel in den Anschlagkugeln 54 von Fig. 4 entsprechenderweise starr und definiert verbunden ist, während auch hier an der rechten Seite ein Tast­ kopf 38, dem Schlitten 26 in der bereits beschrie­ benen Weise zugeordnet, anliegt. Natürlich läßt sich das Ausführungsbeispiel von Fig. 4 auch zur Außen­ durchmesserbestimmung verwenden. Beim Ausführungsbei­ spiel von Fig. 5 können natürlich gegebenenfalls statt einer An­ schlagschneide 56 in Verbindung mit einem kugel­ förmigen Tastkopf 38 auch zwei Anschlagschneiden ver­ wendet werden, wobei dann im Gegensatz zum erstge­ nannten Fall die Durchmesserermittlung nicht das Ver­ messen einer Sekantenschar in der weiter unten be­ schriebenen Weise erfordert. Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet bei dem in Fig. 1 gezeigten Aus­ führungsbeispiel wie folgt:

Ohne daß das Werkstück 44 vorhanden wäre, erfolgt die Eichung der Vorrichtung zunächst in der Weise, daß durch Betätigung des Getriebemotors 20 die Schlitten 24, 26 soweit aufeinander zugefahren werden, daß sich die bei­ den kugelförmigen Tastköpfe 36, 38 gerade berühren. Dieser Meßpunkt entspricht dann der Null-Stellung sowohl des Wegaufnehmers 46 als auch der Meßwertaufnehmer 40 und 42. Alsdann werden die Schlitten 24, 26 in Arbeits­ stellung auseinandergefahren, in der die Tastköpfe 36, 38 beispielsweise annähernd den in Fig. 1 gezeigten Ab­ stand haben. Alsdann wird das Werkstück 44 so auf eine - nicht gezeigte - Unterlage aufgelegt, daß es von einer Idealposition eine Abweichung von weniger als 1 mm hat, wobei anzumerken ist, daß die Meßwertaufnehmer 40, 42 bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils einen Hub von ±1 mm haben, entsprechend beispielsweise ±10 V zur An­ steuerung des der Vorrichtung zugeordneten Rechners. Daraufhin wird der Getriebemotor 20 gestartet und läuft so lange, bis beide Meßwertaufnehmer 40, 42 ein Signal größer 0 liefern, wobei natürlich auch das Signal des Weg­ aufnehmers 46 größer als 0 ist. Der "wahre" Außendurchmes­ ser des oberen Randbereiches des Werkstückes 44 von Fig. 1 er­ gibt sich dann aus dem Meßwert des Wegaufnehmers 46, der gleichsam den "scheinbaren" Außendurchmesser bezeichnet, der dem wahren Außendurchmesser des Wekstückes in dem Falle ent­ spräche, daß dieses ideal konzentrisch zum vorgenannten Soll­ kreis liegt, so daß also die Tastköpfe 36, 38 die Außenwan­ dung in Durchmesserrichtung gerade berühren, wobei aber der "wahre" Durchmesser von dem durch den Wegaufnehmer 46 vermit­ telten Wert dadurch abweicht, daß ja die Meßwertaufnehmer 40, 42 noch von Null veschiedene Werte anzeigen, die darauf zu­ rückzuführen sind, daß sich die Tastköpfe 36, 38 beim Anlegen an die Außenwand des Werkstückes 44 nicht mehr in ihrer Nul­ lage befinden. Demzufolge sind die Meßwerte der Meßwertauf­ nehmer 40, 42 dem "scheinbaren" Durchmesser hinzuzuaddieren, wobei dies natürlich elektronisch in dem Fachmann ohne weiteres geläufiger Weise erfolgen kann. Es sei darauf hingewiesen, daß die exakte Durchmesserrichtung nicht genau auf der Ver­ bindungslinie der Mittelpunkte der kugelförmigen Tastköpfe 36, 38 zu liegen braucht, vielmehr zur Ermittlung des wahren Außendurchmessers nacheinander durch Relativverschiebung von Werkstück und Tastköpfe senkrecht zur Symmetrieachse des Werkstücks eine Anzahl von in der Nähe des Durchmes­ sers liegenden parallelen Sekanten des kreisrunden Quer­ schnitt aufweisenden Werkstückes 44 vermessen wird, wobei dann der Maximalwert der so gemessenen Sekantenscharen gerade der gesuchte Durchmesser ist, wobei auch dies na­ türlich im Wege der elektronischen Berechnung in dem Fachmann geläufiger Weise erfolgen kann.

Beim Messen des Innendurchmessers des Werkstückes 44 werden die Tastköpfe 36, 38 bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel natürlich von innen an die Innenwan­ dung des Werkstückes 44 herangefahren, wobei sich der ge­ suchte wahre Innendurchmesser in diesem Fall aus der Subtraktion der durch die Meßwertaufnehmer 40, 42 gelie­ ferten Werte von dem Wert des Wegaufnehmers 46 ergibt.

Der Getriebemotor 20 wird im übrigen abgeschaltet, sobald die durch die Meßwertaufnehmer 40 und 42 gelieferten Signale beide von Null abweichen, so daß also die durch die vorge­ nannten Meßwertaufnehmer gelieferten Werte nicht nur zur Meßwerterfassung, sondern auch dazu dienen, den Getriebe­ motor 20 zu steuern.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist gewähr­ leistet, daß sich die Anordnung der Anschläge 32, 34 in einer senkrecht zur Symmetrieachse des Werkstückes 4 liegenden Ebene bewegen, nämlich verschieben kann. Hierdurch ist es mög­ lich, die gesamte Meßvorrichtung bezüglich des festliegen­ den Werkstückes 44 zu verschieben, so daß demzufolge einer der beiden Tastköpfe 36, 38 durch starre Anschlagkugeln 54 oder eine Anschlagschneide 56 der in Fig. 4 bzw. 5 gezeigten Art ersetzt werden kann. Naturgemäß macht die Verwendung des nur einzigen Tastkopfes 38 bei diesen Ausführungsbei­ spielen es notwendig, daß die Relativposition von Werk­ stück 44 und Meßvorrichtung verändert werden kann, und zwar entweder durch Verwendung einer Aufhängung beispiels­ weise der in Fig. 2 gezeigten Art bzw. einer Anordnung, wie sie ähnlich bei Graviermaschinen oder Zeichenköpfen verwendet wird, oder aber durch entsprechende Verschieb­ lichkeit des Werkstückes, wobei ersteres sich bei verhältnis­ mäßig schweren Werkstücken, jedoch verhältnismäßig wenig träger Vorrichtungsmasse empfiehlt, während bei relativ leichten Werkstücken die Verschiebung des Werk­ stückes eher in Frage kommen kann. Gerade bei sehr schweren Werk­ stücken, mit wegen der erforderlichen Ausladung auch ent­ sprechend schwerer bzw. träger Meßvorrichtungen, empfiehlt sich allerdings besonders ein Ausführungsbeispiel, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, bei dem also beiden Schlitten 24, 26 jeweils ein Anschlag 32, 34 mit entsprechenden Tastköpfen 36, 38 zugeordnet ist.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Messen des Innen- und/oder Außen­ durchmessers von rotationssymmetrischen, vorzugsweise zylindrischen Werkstücken, mit einem digitalen Weg­ meßsystem, bezüglich dessen in einem ersten Näherungs­ schritt die Relativposition zweier in Durchmesser­ richtung einander gegenüberliegender Werkstückpunkte mittels zweier an das Werkstück in Anlage bringbarer Anschläge bestimmbar ist, einer Einrichtung zum inkre­ mentalen Ermitteln der Anschlagsauslenkung aus einer Nullage bezüglich des Wegmeßsystems in einem zweiten Näherungsschritt und einem Rechner zum Berechnen des gesuchten Durchmesses aus den im ersten und zweiten Näherungsschritt ermittelten Meßwerten, wobei ein einziger Wegmeßstab, wie Glasmaßstab oder Magnetsy­ stem oder dergleichen, vorgesehen ist, auf dem der Abstand beider in Durchmesserrichtung einander gegen­ überliegender Werkstückpunkte ermittelbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Anschlag (32, 34) einen kugelförmigen Tastkopf (36, 38) aufweist; und daß eine Einrichtung zum aufeinanderfolgenden Druch­ messen mehrerer in Durchmesserrichtung liegender, vor­ zugsweise paralleler Sekanten des zu vermessenden Werk­ stücks und Auswahl des Maximalwertes der gemessenen Sekan­ tenschar als zu messender Durchmesser vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß ein starrer Anschlag (32 bzw. 34) und ein auslenkbarer Anschlag (36, 38 bzw. 40, 42) vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß zwei auslenkbare Anschläge (32, 34) vorgesehen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine eine Änderung der Relativposition in einer senk­ recht zur Symmetrieachse des Werkstückes (44) liegenden Ebene von Werkstück (44) und Anschlägen (32, 34) ermög­ lichende Aufhängung (10).

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, gekennzeichnet durch eine eine Änderung der Rela­ tivstellung von Werkstück (44) und Anschlägen (32, 34) in einer zur Symmetrieachse des Werkstückes (44) senk­ recht liegenden Ebene ermöglichende Lagerung des Werk­ stückes (44).

16. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Anschläge (32, 34) einen Tastkopf in Form einer Anschlagschneide (56) aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschlag mit zwei defi­ nierten, gegenseitigen Abstand aufweisenden Anschlagku­ geln (54) vorgesehen ist.