DE4028650C2 - Meßeinheit für CNC-Betrieb - Google Patents

Description

Für den Maschinenbau, die Herstellung von Getrieben und Fahrzeugen und für viele andere Bereiche der metallverarbeitenden Industrie, werden rotationssymmetrische Werkstück in großen Stückzahlen und mit hoher Präzision benötigt. Rotationssymmetrische Werkstücke haben mit großer Wahrscheinlichkeit den höchsten Mengenanteil, bezogen auf die Gesamt­ heit der insgesamt hergestellten, präzisen Werkstücke.

Rotationssymmetrische Werkstücke, z. B. Achsen, Wellen, Räder, Trans­ portgewinde, weisen größtenteils Lagerstellen, Einstiche, Ansätze, Konen und Bohrungen auf. Sie werden in präzisen Gleit- oder Wälzla­ gern geführt. Besonders die Lagersitze müssen, funktionsbedingt, mit hoher Genauigkeit gefertigt werden. Nicht nur die Funktion, sondern auch der Montagebau und die lange Lebensdauer technischer Güter er­ fordern die sichere Einhaltung vorgegebener Toleranzen.

Für die dimensionelle Prüfung rotationssymmetrischer Teile gibt es eine Anzahl von Möglichkeiten. Die meisten bekannten Meßzeuge oder Meßeinrichtungen haben jedoch Nachteile. Meßzeuge, wie Meßschieber und Meßschrauben, sind zu ungenau und die dimensionelle Prüfung läßt sich damit auch nicht automatisieren. Andere bekannte Meßeinrichtungen für rotationssymmetrische Werkstücke sind Mehrstellenmeßgeräte. Diese sind zwar ausreichend genau, ihr Nachteil ist jedoch, daß sie im­ mer nur auf eine einzige Werkstückgeometrie ausgelegt sein müssen. Eine andere Möglichkeit zur Prüfung sind Drei-Koordinaten-Meßmaschinen. Damit lassen sich mit ausreichender Genauigkeit nahezu alle geometri­ schen Elemente an einem Werkstück prüfen. Für die Prüfung rotations­ symmetrischer Teile haben jedoch die Koordinaten-Meßmaschinen minde­ stens drei Nachteile - es ist ein hoher Sachaufwand nötig, die Bedie­ nung setzt erfahrenes Personal voraus und der Prüfablauf rotations­ symmetrischer Werkstücke ist relativ langsam -.

In der DE 29 41 412 C2 ist ein handgeführtes Meßgerät beschrieben, welches speziell für die Prüfung rotations­ symmetrischer Werkstücke konstruiert ist.

Bei diesem Gerät werden die Werkstücke zwischen Spitzen, Spannprismen oder anderen Vorrichtungen, parallel zur Meßachse aufgenommen. In der Meßachse ist ein opto-elektronisches Meßsystem installiert, mit welchem über Antastelemente die Längen an Werkstücken gemessen werden können. Für die Prüfung der Durchmesser werden Meßmodule mit bügelförmigen Meßelementen benutzt. Diese Module, werden, wie die Tastelemente für Längen, manuell parallel zum Werkstück verfahren und in Meßposition gebracht. Die Module für die Durchmesserprüfung sind so angeordnet, daß die Meßpinole mit dem Meßeinsatz rechtwinklig zur Verschiebeachse steht.

Die bisher bekannten und benutzten Meßmodule dieser Art sind konstruktionsbedingt nur für den manuellen Betrieb geeignet.

Im Zuge der Fortentwicklung der Technik werden von den Anwendern - insbesondere solchen, die CNC-Bearbeitungsmaschinen in Betrieb haben - auch CNC-ausgerüstete Meßgeräte verlangt. Diese Meßgeräte müssen so beschaffen sein, daß damit ohne Umbauten Werkstücke der unterschiedlichsten Geometrien gemessen werden können.

Aus der DE-OS 20 20 080 ist eine Meßvorrichtung bekannt mit einem Paar relativ zueinander einstellbarer Meßelemente, die mit dem zu messenden Gegenstand in Eingriff gebracht werden können. Die Meßvorrichtung weist eine Einrichtung zum Bewegen von einem der Meßelemente in eine Richtung auf, die entgegengesetzt ist zu der Bewegungsrichtung des anderen Meßelements um einen Betrag, der zweimal der Bewegung des anderen Meßelements entspricht, wodurch der Abstand zwischen den Meßelementen ohne Änderung des Mittelpunktes des Zwischenraumes zwischen den Meßelementen verändert wird.

Die US 3,851,396 zeigt eine Meßvorrichtung, bei der Meßelemente unter Vorspannung und insbesondere gravitationsbedingt in Anlage an dem zu vermessenden Werkstück gehalten werden. Darüber hinaus können die Meßelemente manuell durch Feststellschrauben fixiert werden.

Die DE-OS 29 09 100 zeigt eine Meßvorrichtung, bei der die beiden zur Anlage am Werkstück bestimmten Meßelemente auf und ab bewegbar sind mit einem Druckmittelantrieb und mit einer hierfür vorgesehenen Steuerung, durch die der dem Gewicht der Meßelemente entgegenwirkende Antrieb mit drei verschieden hoch bemessenen Drücken betreibbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßeinheit bereitzustellen, welche für den CNC-Betrieb geeignet ist und die diesbezüglichen Forderungen der Meßtechnik erfüllt.

Die Aufgabe ist durch die im Anspruch 1 bestimmte Meßeinheit erfüllt. Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen erfüllt.

Der in Bezug auf das zu vermessende Werkstück axial verfahrbare Schlitten ist so ausgelegt, daß darauf ein Aufnahmeteil befestigt werden kann. Die Seitenkanten dieses Aufnahmeteils sind so ausgebildet, daß die Meßeinrichtung lagegerichtet und präzises auf dem verfahrbaren Schlitten klemmbar ist.

Im Aufnahmeteil ist in Wälzführungen die eigentliche Meßeinheit gelagert. Diese Meßeinheit besteht im wesentlichen aus dem Aufnahmekörper, dem Schieber mit der beweglichen Meßpinole, dem opto-elektronischen, induktiven oder interferometrischen Meßsystem, dem motorischen Antrieb für die Meßeinheit, dem Bügel mit dem Meßamboß und der magnetischen Arretierung der Meßeinheit.

Fig. 1 zeigt das Meßmodul in seitlicher Ansicht. Auf dem nur angedeuteten Meßschlitten (1) ist der Aufnahmekörper (2) befestigt. Der Schieber (3) ist wälzgelagert im Aufnahmekörper geführt. Der Meßbügel (4) ist am Schieber (3) befestigt. Die Meßpinole (5) trägt an ihrer Spitze eine widerstandsfähige Meßschneide (5a), welche gegen die Meßschneide (4a) am Meßbügel (4) genau ausge­ richtet ist.

Mit der Arretiervorrichtung, die aus einer Metall­ zunge (30) und einem Elektromagneten (31) besteht, kann der Schieber in einer bestimmten Position fixiert werden.

Fig. 2 zeigt die Meßeinheit im Querschnitt. Deutlich erkennbar ist der Aufnahmekörper mit dem wälzgeführten Schieber (3), der Maßver­ körperung (6) mit opto-elektronischem Sensor am Halter (7), der Antriebswelle (13) für die Pinole und den Schieber, das Antriebsritzel (14), welches in die Zahnstange (15) eingreift. Die Schenkelfeder (16) bewirkt in Verbindung mit dem Ritzel (17) und dem Stift (19) das definierte Zurückfahren des Schiebers (3) mit dem Meßbügel (4). Das Ritzel (17) greift in die Zahnstange (18) ein und bewirkt die Bewegung der Meßpinole.

Fig. 3 zeigt das Meßmodul in Draufsicht. Der Motor (11) treibt über die Transmission (12) die Welle (13) an. Die Ritzel (14) und (16) greifen in die Zahnstangen (15) und (18) ein.

Fig. 4 zeigt die Anordnung der Meßeinheit auf dem CNC-betriebenen Meßgerät.

Die Erfindung beschreibt ein Meßmodul, mit dem in Kombination mit dem in der DE 29 41 412 C2 beschriebenen Längen­ meßgerät im CNC-Betrieb Durchmesser und Rundheit von Werkstücken ge­ messen werden können. Auf dem fest mit dem Meßschlitten verbundenen Aufnahmekörper ist der Schieber (3) beweglich gelagert. In diesem Schieber wiederum läuft die Meßpinole in Wälzlagern.

Auf der Meßpinole ist in geeigneter Weise eine bekannte Maßverkörpeverkörperung aufgebracht, die von einem Sensor abgelesen wird. Dieser Sensor kann opto-elektronisch, kapazitiv oder interferometrisch wirken. Voraussetzung ist, daß der Meßweg des Sensors, seine Genauig­ keit und seine Langzeitstabilität den technischen Anforderungen ent­ sprechen.

Am Schieber (3) ist der Meßbügel (4) starr befestigt. Die Anordnung ist so gewählt, daß der Meßamboß und die Pinole mit der Maßverkörperung in einer Geraden liegen und die Pinole in geschlossenem Zustand am Amboß, der auch als Meßschneide ausgebildet sein kann, anliegt.

Da die Meßpinole (5) im Schieber (3) gelagert ist und beide über eine gemeinsame Welle angetrieben werden, ist es erforderlich, daß die Meß­ pinole doppelt so schnell und in entgegengesetzter Richtung wie der Schieber fährt. Pinole und Meßbügel sind so befestigt, daß sich beim Zusammenfahren Pinole und Meßamboß bzw. Meßschneide im Zentrum (Z1) treffen. Da die Prüflingsachse (Z2) nie mit dem Zentrum genau zusammen fällt, muß ein Bewegungsausgleich zwischen Meßpinole und Bügel statt­ finden. Der Motor (11) treibt über ein geeignetes Antriebselement (12) die Welle (13) an. Diese Welle (13) ist im Schieber (3) gelagert und trägt ein Ritzel (14), welches in die Zahnstange (15) eingreift. Am gegenüberliegenden Ende der Welle (13) ist das Ritzel (17) befestigt. Dieses greift in die Zahnstange (18) ein und hat bei gleichem Modul doppelt soviel Zähne als das Ritzel (14). Durch diese Anordnung bewegen sich Meßpinole und Schieber mit Bügel in entgegengesetzter Richtung und treffen sich durch die unterschiedliche Geschwindigkeit im Zentrum. Da erfahrungsgemäß zwischen Achse des aufgespannten Prüflings und dem Zentrum der Meßeinheit (Z1) eine kleine Differenz auftritt, ist ein Be­ wegungsausgleich nötig. Dieser Bewegungsausgleich bewirkt, daß beide Meß­ schneiden zur Anlage an die Mantelfläche des Prüflings kommen. Damit dies sichergestellt ist, wird zwischen Welle (13) und Ritzel (17) eine Ausgleichsmechanik vorgesehen. Die Schenkelfeder (16) dient als elastische Verbindung zwischen der Welle (13) und dem Ritzel (17). Mit dem Stift (19) wird die Schenkelfeder auf eine bestimmte Kraft vor­ gespannt. Durch einen zweiten Stift wird das Überdrehen der Schenkel­ feder vermieden.

Mit der beschriebenen Ausgleichsmechanik sind auch Rundlaufmessungen auszuführen. Im CNC-Betrieb werden die Meßflächen (4a) und (5a) an den Prüflingen angefahren; die Positionierregelung erkennt dies.

Anschließend wird die Meßeinheit um eine geringe Wegstrecke motorisch .aufgezogen. Dabei bleibt die Meßschneide (5a) in Kontakt mit der Man­ telfläche des Prüflings. Der Schieber wird mit dem Elektromagneten (31) und der Metallzunge (30) in dieser Position arretiert.

Wird der Prüfling nun in Rotation versetzt, wird bei feststehendem Schie­ ber die Meßpinole, welche die Maßverkörperung trägt, bewegt und die ra­ diale Abweichung der Mantelfläche des Prüflings erfaßt. Die Arretierung des Schiebers kann elektromagnetisch oder pneumatisch erfolgen.

Claims (8)

1. Meßeinheit mit einem Aufnahmekörper (2) und einem an dem Aufnahmekörper (2) beweglich gelagerten und geführten Schieber (3), der einen Meßbügel (4) mit einer ersten Meßschneide (4a) aufweist und an dem eine Meßpinole (5) mit einer zweiten Meßschneide (5a) motorisch antreibbar verschiebbar geführt ist, wobei der Schieber (3) und die Meßpinole (5) mittels einer gemeinsamen und auf dem Schieber (3) gelagerten Welle (13) gegenläufig antreibbar sind, und der Schieber (3) in einer vorgebbaren Position in Bezug auf den Aufnahmekörper (2) mittels einer Steuereinrichtung lösbar feststellbar ist, und wobei ein auf der Welle (13) angeordnetes und mit der Meßpinole (5) in Verbindung stehendes erstes Ritzel (17) bei gleichem Modul die doppelte Zähnezahl aufweist gegenüber einem auf der Welle (13) angeordneten und mit dem Aufnahmekörper (2) in Verbindung stehenden zweiten Ritzel (14), so daß die Meßpinole (5) gegenüber dem Meßbügel (4) die doppelte Wegstrecke bewegt wird, und mit einem integrierten Längenmeßsystem zur Messung der relativen Lage des Schiebers (3) zur Meßpinole (5).

2. Meßeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung des Antriebs von Schieber (3) und Meßpinole (5) ein Ausgleichselement (16) zum Positionsausgleich aufweist.

3. Meßeinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgleichselement (16) als ein elastisch verformbares Element zwischen der Welle (13) und dem ersten Ritzel (17) angeordnet ist.

4. Meßeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Unterseite des Schiebers (3) eine blattfederartige Zunge (30) angebracht ist, die durch einen am Aufnahmekörper (2) festgelegten Elektromagneten (31) feststellbar ist, und damit der Schieber (3) in Bezug auf den Aufnahmekörper (2) mittels der Steuereinrichtung lösbar feststellbar ist.

5. Meßeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (3) im Aufnahmekörper (2) mit einem Längs- oder Umlaufkugellager geführt ist.

6. Meßeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßpinole (5) im Schieber (3) mit einem Längs- oder Umlaufkugellager geführt ist.

7. Meßeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das integrierte Längenmeßsystem inkremental- optoelektronisch, kapazitiv oder interferometrisch ausgelegt ist.

8. Meßeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßpinole (5) eine Maßverkörperung (6) aufweist, und daß an dem Schieber (3) ein mit der Maßverkörperung (6) zusammenwirkender Meßsensor angebracht ist.