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Verfahren und Einrichtung zum Messen von Werkstücken, die an Werkzeugmaschinen bearbeitet werden
Die Erfindung betrifft ein Messverfahren und eine automatische Mess- und Steuereinrichtung für Werkstücke mit unterbrochenen Oberflächen, die an Schleif- und feinmechanischen Werkzeugmaschinen bearbeitet werden, bei welchem Verfahren bzw. bei welcher Einrichtung die Messperioden durch die Vorrichtung selbst gesteuert werden und das Verfahren bzw. die Einrichtung zum Messen von kleinen oder grossen Oberflächen gleich einwandfrei gebraucht werden kann.
Die bis jetzt bekannten Verfahren bzw. Einrichtungen zum Messen von Werkstücken, z. B. von Nutwellen öder andern Gegenständen, deren Oberfläche durch Federkeilnuten oder Bohrungen unterbrochen ist, entsprechen nicht in jeder Hinsicht den gestellten zeitgemässen Forderungen.
Es ist zweckmässig, zur Verkürzung der Nebenzeitendas Messen des Werkstückes auf der Werkzeugmaschine selbst während der Fertigung fortlaufend vorzunehmen. Die hiefür bekanntgewordenen Einrichtungen erhalten die für das Messen der während der Bearbeitung sich drehenden Werkstücke nötigen Steuerimpulse z. B. von einer sich mit dem Werkstück drehenden besonderen Steuerscheibe. Die Aufgabe dieser Steuerscheibe ist es, die sogenannten Fühler aufzuheben, bevor diese die Nuten erreichen, sie in dieser Lage zu halten und, sobald die Rippen unter die Fühlerflächen gelangt sind, die Fühler freizugeben bzw. die Druckfeder der Fühler auszulösen.
Bei der Feinbearbeitung von Werkstücken mit vielen Oberflächenunterbrechungen und beim Flachschleifen wird die rechtzeitige Sperrung (Arretierung) der Fühler durch sogena mte Reiter gesteuert, die entsprechend den Unterbrechungen am Werkstück bzw. an den Werkstücken angeordnet sind.
Es sind ferner auch Messeinrichtungen bekannt, deren Fühler die Unterbrechungen an der Oberfläche des Werkstückes überbrücken und dadurch die Arbeit auf das Messen einer ununterbrochenen (kontinuierli- chen) Fläche zurückführen.
Die bekannten Verfahren bzw. Einrichtungen haben mehrere Mängel, die die erfolgreiche Anwendung der Einrichtungen in vielen Fällen unmöglich machen. So kann z. B. bei Serien- oder Massenfertigung das Wechseln und Einspannen der Werkstücke sehr viel Zeit beanspruchen, was die Nebenzeiten bedeutend verlängert. Das Einstellen der Steuerscheibe und der Reiter entsprechend einem neuen Werkstück dauert lange und ist umständlich.
Die Zeitkonstante der Magneten, die die Fühler in gehobener, d. h. in gesperrter Lage halten, kann im allgemeinen nicht ausreichend verkürzt werden, so dass die Höhe der schmalen Rippen eines sich ver- hältnismässig schnelle drehenden bzw. unter den Fühler mit grosser Geschwindigkeit durchtretenden Werkstückes nicht so gemessen werden kann, dass das erhaltene Mass der Höhe einer einzigen Rippe entspricht.
Die Gruppe der bekannten.-Verfahren bzw. Einrichtungen, bei welchen mit einem über die Unterbrechungen reichenden, sogenannten überbrückenden Fühler gemessen wird, ist zum Messen von durch breite Unterbrechungen geteilten Oberflächen unbrauchbar, weil die Fühler z. B. in die Nuten der Nut-
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welle hineinfallen, wodurch die Messeinrichtung beschädigt wird.
Das Ziel der Erfindung ist es, für Werkstücke mit unterbrochenen Oberflächen, die an verschiedenen feinmechanischen Werkzeugmaschinen bearbeitet werden, ein solches automatisches Messverfahren bzw. eine solche Steuereinrichtung zu schaffen, bei welcher sich die die Fühler hebende und diese in dieser gehobenen Lage haltende Einrichtung erübrigt und beim Wechseln der Werkstücke, ferner beim Einlegen bzw. Einspannen eines ne, uen Werkstückes dies ohne Rücksicht auf die Steuereinrichtung durchgeführt wer- den kann ; dabei ist die erfindungsgemässe Steuer-und Messvorrichtung für regelmässig oder unregelmässig aufeinanderfolgende Unterbrechungen von kleinen oder grossen Abmessungen ohne jede Abänderung gleich gut brauchbar, und man kann mit einem für ununterbrochene (kontinuierliche) Oberflächen entwickelten und bekannten Messkopf messen.
Die Erfindung wird nun in ihren Einzelheiten auf Grund der schematischen Darstellungen in den
Zeichnungen erläutert :
Fig. 1 zeigt die theoretischen Grundlagen und die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Mess- und
Steuereinrichtung, und Fig. 2 ist der elektrische Schaltplan der Mess- und Steuereinrichtung.
Die Hebung, Sperrung und Senkung des Messfühlers 1 wird zum Zwecke des schnellen Auswechselns der Werkstücke durch das an der Maschine eingespannte Werkstück bzw. durch die Werkstücke selbst durchgeführt. An der Stelle a der Fig. 1 sind beispielsweise verschieden breite, aber gleich hohe Werk- stücke auf dem Tisch einer Planschleifmaschine eingespannt. Die Relativgeschwindigkeit v zwischen dem
Messfühler 1 und dem Werkstück2 kann während der Bearbeitung praktisch als konstant angenommen werden. Der untere konische Teil des Messfühlers 1 beginnt im Augenblick der Berührung mit dem Werk- stück 2 den Messfühler 1 hochzuheben und die Aufwärtsbewegung desselben hört auf, wenn die Spitze 3 die Oberfläche 4 neben den Ecken der Werkstücke 2 erreicht hat.
Seien also die in der Fig. 1 schematisch dargestellten Werkstücke 2 noch so unregelmässig auf dem Tisch der Schleifmaschine 5 aufgespannt, die erfindungsgemässe Messeinrichtung beginnt das Messen immer genau in jenem Augenblick, in dem der Messfühler die Oberfläche neben den Ecken 4 der Werkstücke erreicht hat.
Um zu erreichen, dass auch bei Werkstücken von ganz kleinen Abmessungen verlässliche Masse der zu messenden Werkstücke bzw. Werkstückteile erhalten werden, misst die Einrichtung nur ganz kurze Zeit, d. h. 5-30 msec lang.
Der"selbstgesteuerte"d. h. durch die Werkstücke selbst bewegte Fühler erzeugt, sobald er auf das Werkstück auffährt, einen Impuls. Dieser Impuls schaltet den elektronischen Teil der Einrichtung zum Messen ein, womit gesichert wird, dass ein Messen nur dann erfolgt, wenn eine bearbeitete Oberfläche (also keine Nut oder Unterbrechung) sich unter der Spitze 3 des Messfühlers 1 befindet. Nach Ende des Messensschaltet der elektronische Messteil so lange wieder ab, bis der Fühler auf das nächste Werkstück bzw. auf den nächsten Werkstückteil auffährt und einen neuen Impuls gibt.
Der auf die Werkstücke 2 auffahrende Messfühler 1 erzeugt im Messgerät ein unregelmässiges Gleichspannungssignal (Fig. Ib). Das eine Niveau des erhaltenen Vierecksignals entspricht der zu messenden Abmessung (Mass) des Werkstückes. Zur Auswertung der Abmessung ist aber nur das Niveau des zur genannten Abmessung gehörenden Vierecksignals nötig, die in. Fig. Ib dargestellten und-der Zahl der Werkstücke und der Intervalle entsprechend-auf dem (optischen) Gerät erscheinenden unregelmässigen Vierecksignale müssen deshalb differenziert werden ; als Ergebnis bekommt man das in Fig. Ic dargestellte Vierecksignalniveau.
Der Messfühler 1 gibt aber auch beim Verlassen des Werkstückes ein Signal, das aber für das Messen überflüssig ist. Deshalb werden die in Fig. Ic dargestellten und beim Ablauf des Messfühlers von den Werkstücken erzeugten Signale der Signalreihe unterdrückt (ausfiltriert) ; so erhält man die in Fig. Id dargestellten Vierecksignale. Die dem Teil d entsprechenden Signale werden nochmals differenziert, wodurch die in Fig. le dargestellten Vierecksignale erhalten werden, von denen die zu Beginn des Auftreffens des Messfühlers 1 auf das Werkstück erzeugten Signale ebenfalls unterdrückt werden. So erhält man die auf dem Teil f dargestellte Signalreihe für die Steuerung des Zeitpunktes der Beendigung des Auftreffens des Messfühlers auf das Werkstück.
Die Auswertung der Abmessungsänderung geschieht in elektronischer Hinsicht auf Grund des beschriebenen Prinzips bei Messeinrichtungen für Planschleifen, unterbrochenes Mantel- oder unterbrochenes Lochschleifen und für alle ähnlichen Aufgaben in gleicher Weise. Ein Unterschied besteht bloss darin, dass der Messkopf den einzelnen Aufgaben angepasst ausgebildet werden muss.
In Fig. 2, die das elektronische Schaltungsschema der erfindungsgemässen automatischen Mess- und Steuereinrichtung darstellt, ist der im Messkopf eingebaute Abmessungsumwandler ein differential-induk tiver Kopf 6 mit niedrigem Widerstand (20 Ohm). Bei einer Verschiebung des Messfühlers 1 des Messkop-
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Method and device for measuring workpieces that are machined on machine tools
The invention relates to a measuring method and an automatic measuring and control device for workpieces with interrupted surfaces that are processed on grinding and precision machine tools, in which method or in which device the measuring periods are controlled by the device itself and the method or the Device for measuring small or large surfaces can be used perfectly.
The previously known methods and devices for measuring workpieces such. B. of grooved shafts or other objects, the surface of which is interrupted by keyways or bores, do not meet the contemporary requirements in every respect.
In order to shorten the non-productive times, it is advisable to continuously measure the workpiece on the machine tool itself during production. The facilities that have become known for this purpose receive the control pulses required for measuring the workpieces that rotate during machining. B. of a special control disk rotating with the workpiece. The task of this control disk is to lift the so-called sensors before they reach the grooves, to hold them in this position and, as soon as the ribs have come under the sensor surfaces, to release the sensors or to trigger the pressure spring of the sensor.
When fine machining workpieces with many surface interruptions and surface grinding, the timely locking (locking) of the sensors is controlled by so-called tabs that are arranged according to the interruptions on the workpiece or on the workpieces.
Furthermore, measuring devices are also known whose sensors bridge the interruptions on the surface of the workpiece and thereby reduce the work to measuring an uninterrupted (continuous) surface.
The known methods and devices have several shortcomings which make the successful use of the devices impossible in many cases. So z. B. in series or mass production, changing and clamping the workpieces take a lot of time, which significantly increases non-productive times. Adjusting the control disk and the tabs for a new workpiece takes a long time and is cumbersome.
The time constant of the magnets that hold the feelers in a raised, i.e. H. hold in the locked position can generally not be shortened sufficiently, so that the height of the narrow ribs of a relatively fast rotating workpiece or passing under the sensor at high speed cannot be measured in such a way that the measure obtained corresponds to the height of a corresponds to a single rib.
The group of known methods or devices in which measurements are made with a so-called bridging sensor reaching over the interruptions is useless for measuring surfaces divided by wide interruptions, because the sensor z. B. in the grooves of the groove
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fall into the shaft, damaging the measuring device.
The aim of the invention is to create such an automatic measuring method or such a control device for workpieces with interrupted surfaces that are machined on various precision machine tools, in which the device lifting the sensors and holding them in this elevated position is unnecessary and when changing the workpieces, furthermore when inserting or clamping a ne, uen workpiece, this can be carried out without regard to the control device; The control and measuring device according to the invention can be used equally well for regular or irregular successive interruptions of small or large dimensions without any modification, and measurements can be made with a measuring head which has been developed and is known for uninterrupted (continuous) surfaces.
The invention will now be described in detail on the basis of the schematic representations in FIGS
Drawings explained:
Fig. 1 shows the theoretical principles and the mode of operation of the inventive measuring and
Control device, and FIG. 2 is the electrical circuit diagram of the measuring and control device.
The lifting, blocking and lowering of the measuring sensor 1 is carried out for the purpose of quick replacement of the workpieces by the workpiece clamped on the machine or by the workpieces themselves. At point a in FIG. 1, for example, workpieces of different widths but of the same height are clamped on the table of a surface grinding machine. The relative speed v between the
Sensor 1 and workpiece 2 can be assumed to be practically constant during machining. The lower conical part of the measuring probe 1 begins to lift the measuring probe 1 at the moment of contact with the workpiece 2 and the upward movement of the same stops when the tip 3 has reached the surface 4 next to the corners of the workpieces 2.
No matter how irregularly the workpieces 2 shown schematically in FIG. 1 are clamped on the table of the grinding machine 5, the measuring device according to the invention always begins measuring exactly at the moment at which the sensor has reached the surface next to the corners 4 of the workpieces.
In order to ensure that a reliable mass of the workpieces or workpiece parts to be measured is obtained even with workpieces of very small dimensions, the device measures only a very short time, i. H. 5-30 msec long.
The "self-directed" d. H. Sensor moved by the work piece itself generates a pulse as soon as it hits the work piece. This pulse switches on the electronic part of the device for measuring, which ensures that a measurement only takes place when a machined surface (i.e. no groove or interruption) is located under the tip 3 of the measuring sensor 1. After the end of the measurement, the electronic measuring part switches off again until the sensor approaches the next workpiece or the next workpiece part and gives a new pulse.
The measuring sensor 1 approaching the workpieces 2 generates an irregular DC voltage signal in the measuring device (Fig. Ib). One level of the square signal obtained corresponds to the dimension (dimension) of the workpiece to be measured. To evaluate the dimension, however, only the level of the square signal belonging to the dimension mentioned is necessary; the irregular square signals shown in Fig. 1b and corresponding to the number of workpieces and the intervals appearing on the (optical) device must therefore be differentiated; the result is the square signal level shown in FIG. 1c.
The sensor 1 also gives a signal when it leaves the workpiece, but this is superfluous for the measurement. For this reason, the signals of the signal series shown in FIG. 1c and generated by the workpieces when the measuring sensor is running are suppressed (filtered out); the square signals shown in FIG. 1d are thus obtained. The signals corresponding to part d are differentiated again, whereby the square signals shown in FIG. 1e are obtained, of which the signals generated at the beginning of the impact of the measuring probe 1 on the workpiece are also suppressed. In this way, the series of signals shown on part f is obtained for controlling the point in time at which the sensor stops hitting the workpiece.
The change in dimensions is evaluated electronically on the basis of the principle described for measuring devices for surface grinding, interrupted jacket or interrupted hole grinding and for all similar tasks in the same way. The only difference is that the measuring head must be designed to be adapted to the individual tasks.
In FIG. 2, which shows the electronic circuit diagram of the automatic measuring and control device according to the invention, the dimension converter built into the measuring head is a differential-inductive head 6 with a low resistance (20 ohms). If the measuring sensor 1 of the measuring head is moved
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