DE4434219C2 - Vorrichtung zum Messen des Durchmessers von zylindrischen Gegenständen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen des Durchmessers von zylindrischen Gegenständen.

Durchmesser von zylindrischen Gegenständen werden bisher in der Regel mit Bügelmeßschrauben gemessen, was insbesondere bei großen Durchmessern sehr zeit- und personalaufwendig und somit kostenintensiv ist. Zudem reagieren Bügelmeßschrauben sehr empfindlich auf Temperaturschwankungen, wodurch es zu Verfälschungen des Meßergebnisses kommen kann. Weiterhin hängt die Qualität einer Messung mit einer Bügelmeßschraube wesentlich davon ab, ob senkrecht zur Werkstückachse und im Bereich des Kulminationspunktes des Werkstücks gemessen wird. Bügelmeßschrauben sind nicht automatisierbar, d. h. das Meßergebnis kann nicht z. B. an die Steuerung einer Werkzeugmaschine weitergegeben werden, um durch diese einen Vergleich des Ist- mit dem Soll-Wert vorzunehmen. Schließlich ist es auch nicht möglich, mit einer Bügelmeßschraube den Durchmesser eines bewegten Gegenstandes zu bestimmen, beispielsweise eines Werkstücks beim Drehen, Schleifen etc.

Aus der DE-A-31 35 440 ist ein Tastarmmeßgerät für Innen- und Außenmessungen mit zwei relativ zueinander beweglichen, mit den zu messenden Gegenständen in Berührung bringbaren Tastarmen bekannt. Der bewegliche Tastarm wirkt auf ein Meßwerk mit einer Meßwerkswelle ein, deren der Tastarmbewegung proportionale Wellendrehung in ein Anzeigesystem übertragbar ist.

Die US-A-4,160,329 beschreibt eine Vorrichtung zum Messen von Durchmessern von Rohren, die auf einem ähnlichen Prinzip wie die oben beschriebene Bügelmeßschraube basiert. Die Enden der Meßarme sind dabei mit Kontaktrollen versehen.

Aus der DE-U-89 00 434.5 ist ein Rundungsmeßgerät bekannt, das von oben auf den zu messenden Gegenstand aufgesetzt wird und das zwei in festem Abstand voneinander montierte Rollen sowie einen dazwischen angeordneten Meßstift aufweist.

In der US-A-3,962,792 wird eine Vorrichtung zum Messen des Durchmessers eines Werkstücks beschrieben, die zwei Tasthebel aufweist, die parallel zueinander angeordnet und über Zahnräder miteinander verbunden sind.

Die CH-A-626 991 zeigt eine Vorrichtung, bei der ebenfalls zwei um parallel zueinander angeordnete Achsen drehbare Hebel zur Durchmesserbestimmung vorgesehen sind.

Auch die DE-A-42 41 335 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen des Außendurchmessers von zylindrischen Gegenständen, wobei Hebel um parallel zueinander angeordnete Achsen drehbar sind.

Aufgabe der Erfindung ist es somit, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der auch an drehenden Gegenständen Durchmesserbestimmungen hoher Präzision durchgeführt werden können, wobei eine direkte Weitergabe der Daten möglich sein soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zum Messen von Durchmesser zylindrischer Gegenstände, die eine Achse, zwei Hebel, die unabhängig voneinander um die Achse schwenkbar angeordnet sind und mit drehbaren Kontaktrollen versehen sind und ein mit den Hebeln verbundenes Mittel, mit dem der Winkel zwischen den Hebeln direkt bestimmbar ist, gelöst.

Es ist zweckmäßig, daß auch in Verlängerung der Achse eine Kontaktrolle vorgesehen ist.

Mit den an den Hebeln vorhandenen Kontaktrollen und eventuell, insbesondere bei großen Durchmessern, auch der in der Achse befindlichen Kontaktrolle wird die Umfangsfläche des zylindrischen Gegenstands abgetastet und aus dem ermittelten Winkel zwischen den Hebeln und der bekannten Hebellänge der Durchmesser des Gegenstands ermittelt.

Eine Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Bestimmen des Winkels zwischen den Hebeln mit einer Auswerteelektronik verbunden ist.

Es ist sinnvoll, daß die Auswerteelektronik mit einer Anzeigeeinheit verbunden ist.

Erfindungsgemäß ist, daß Mittel zum Anpressen der Kontaktrollen an den zu messenden Gegenstand vorgesehen sind.

Zweckmäßig ist, daß die Hebel aus einem Werkstoff mit geringem Wärmeausdehnungskoeffizient hergestellt sind.

Es kann beispielsweise vorgesehen sein, daß die Hebel aus kohlefaserverstärktem Kunststoff hergestellt sind.

Erfindungsgemäß ist auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung für die Bestimmung von Formabweichungen des zylindrischen Gegenstands.

Im folgenden wird ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine geschnittene Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Hebel und die Kontaktrollen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist zwei Hebel 1 auf, die an ihren Enden jeweils eine Kontaktrolle 2 tragen. Die Kontaktrollen 2 sind drehbar gelagert an den Hebeln 1 befestigt. Die Hebel 1 sind wiederum um eine Achse 3 schwenkbar gelagert, um Gegenstände verschiedenen Durchmessers abtasten zu können. Auf der Achse 3 kann eine weitere Kontaktrolle 2 ebenfalls drehbar gelagert sein. Um eine möglichst geringe Temperaturempfindlichkeit der Meßvorrichtung zu erreichen, sollten die Hebel 1 aus einem Werkstoff mit einem möglichst geringen Wärmedehnungskoeffizienten, z. B. aus kohlefaserverstärktem Kunststoff, hergestellt werden. Es kann zweckmäßig sein, daß Mittel zum Anpressen der Kontaktrollen 2 an den zu messenden Gegenstand vorgesehen sind, um den Schlupf der Kontaktrollen 2 möglichst gering zu halten und Verformungen der Hebel 1 zu vermeiden.

Die Hebel 1 sind mit jeweils einem um die Achse 3 drehbaren Hebelschaft 4a, 4b versehen, wobei die Hebelschäfte 4a, 4b in das Mittel 5 zum Bestimmen des Winkels zwischen den Hebeln 1 münden. Wie dargestellt, kann vorgesehen sein, daß ein Hebelschaft 4a in dem anderen Hebelschaft 4b angeordnet ist. Das Mittel 5 zum Bestimmen des Winkels zwischen den Hebeln 1 bestimmt diesen Winkel aus der Verdrehung der Hebel 1 zueinander, die durch die Hebelschäfte 4a, 4b auf das Mittel 5 zum Bestimmen des Winkels zwischen den Hebeln 1 übertragen wird. Es kann beispielsweise eine Skala auf der Verlängerung 6 des inneren Hebelschafts 4a vorgesehen sein, auf der durch einen Zeiger auf der Verlängerung 7 des äußeren Hebelschafts 4b eine Anzeige des Winkels zwischen den Hebeln 1 erfolgt, wobei aus dem Winkel anhand einer Tabelle der Durchmesser des Gegenstands abgelesen werden kann. Die Anzeige kann aufgrund der bekannten Länge der Hebel und der Rollendurchmesser auch direkt als Durchmesseranzeige ausgelegt sein.

Es ist jedoch zweckmäßiger, eine elektronische Weiterverarbeitung der Meßdaten zu ermöglichen, da somit beispielsweise eine Steuerung von Bearbeitungsvorgängen durch gleichzeitige Durchmesserbestimmung möglich ist. Hierzu wird als Mittel 5 zum Bestimmen des Winkels zwischen den Hebeln z. B. ein Inkrementalgeber eingesetzt, der mit einer Zählerkarte verbunden ist, die wiederum mit einer Auswerteeinheit, beispielsweise einem Personalcomputer mit entsprechender Auswertesoftware, verbunden ist. Die mit dieser Vorrichtung ermittelten Daten werden dann in einer Anzeigeeinheit, einem Bildschirm bzw. einem Display angezeigt und können zweckmäßigerweise auch mit einem Drucker ausgedruckt werden.

Bewegt man die Hebel 1 so weit aufeinander zu, daß die Kontaktrollen 2 sich gegenseitig berühren, so wird das Winkelmeßsystem auf den Wert 0 gesetzt. Berühren die Kontaktrollen 2 den zu messenden Gegenstand an seinen Hochpunkten, so ergibt sich der Durchmesser des Gegenstands über eine einfache Formel, D = f(R, a, α), wobei R der Durchmesser der Kontaktrollen 2, a die Schenkellänge der "Meßzange", die aus den Hebeln 1 und den daran befestigten Kontaktrollen 2 besteht und α der gemessene Winkel (Inkrementalgeberwert) ist.

Bei kleinen Außendurchmessern wird eine Zweipunktmessung, d. h. mit den beiden Kontaktrollen 2 der Hebel 1 durchgeführt, wohingegen bei größeren Durchmessern eine Dreipunktmessung auch mit der Kontaktrolle 2 der Achse 3 durchgeführt wird. Bei Zweipunktmessung ergibt sich der Außendurchmesser eines Gegenstands wie folgt:

D = 2.a.sin(α/2) - R,
bei Dreipunktmessung des Außendurchmessers:
D = a/cos(α/2) - R und bei Dreipunktmessung des Innendurchmessers:
D= - a/cos(α/2) + R.

Wird während der Drehung des Gegenstands gemessen, so werden sich durch Rundlaufabweichungen der gelagerten Kontaktrollen 2 Winkelschwankungen über den Umfang des Gegenstands ergeben. Durch Mittelung der Meßwerte fallen diese jedoch wieder aus dem Meßergebnis heraus, so daß an die Rundlaufgenauigkeit der Kontaktrollen keine besondere Anforderung gestellt werden muß. Verwendet man z. B. ein Winkelmeßsystem mit einer Auflösung von 1 Sekunde und wählt eine Hebellänge von 100 mm, so ergibt sich für Werkstückdurchmesser von 0 bis 100 mm eine Auflösung von 0,5 bis 0,75 µm. Der mit dieser Methode maximal erreichbare Durchmesser ist erreicht, wenn die Kontaktrolle 2 auf der Achse 3 den Gegenstand berührt. Ab diesem Durchmesser berechnet sich der Durchmesser nach der anderen Formel (Dreipunktgleichung) und die Auflösung wird mit steigendem Durchmesser geringer. Durch Variation der Winkelauflösung und der Hebellänge läßt sich das System an die jeweils zu messenden Durchmesser anpassen.

Eine Messung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann beispielsweise wie folgt ablaufen:

• - Kalibrierung der Vorrichtung durch Zusammenführen der Kontaktrollen 2 und Nullsetzen des Zählers,
• - Bestimmung des Winkels α durch Anlegen der Kontaktrollen 2 an den zu messenden Gegenstand, wobei der zu messende Gegenstand rotiert,
• - Start der Dauermessung über mehrere Umläufe, eventuell auch bei verschiedenen Umdrehungsgeschwindigkeiten des zu messenden Gegenstandes, wobei die jeweiligen Winkelwerte erfaßt werden,
• - Berechnung und Darstellung des Durchmessers D als Zahlenwert.

Da die Vorrichtung zur Aufnahme von Werten über einen gesamten Umlauf um eine Mantelfläche eines Gegenstandes vorgesehen ist, kann mit einer geeigneten Software in der Auswerteeinheit auch Formabweichungen, wie z. B. Rundlauf des Gegenstandes ermittelt werden.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Messen von Durchmessern zylindrischer Gegenstände, die eine Achse (3), zwei Hebel (1), die unabhängig voneinander um die Achse (3) schwenkbar angeordnet sind und mit drehbaren Kontaktrollen (2) versehen sind und ein mit den Hebeln (1) verbundenes Mittel (5), mit dem der Winkel zwischen den Hebeln (1) direkt bestimmbar ist, aufweist.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch in der Verlängerung der Achse (3) eine Kontaktrolle (2) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel (5) zum Bestimmen des Winkels zwischen den Hebeln (1) mit einer Auswerteelektronik verbunden ist.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteelektronik mit einer Anzeigeeinheit verbunden ist.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Anpressen der Kontaktrollen (2) an den zu messenden Gegenstand vorgesehen sind.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebel (1) aus einem Werkstoff mit geringem Wärmeausdehnungskoeffizient hergestellt sind.

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebel (1) aus kohlefaserverstärktem Kunststoff hergestellt sind.

8. Verwendung der Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 für die Bestimmung von Formabweichungen des zylindrischen Gegenstands.