Verfahren und Vorrichtung zur gleichzeitigen Durchführung mehrerer Messungen mittels aufsetzbarer Taster innerhalb eines begrenzten Gebietes
Die vorl ! iegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur gleichzeitigen Durchführung mehrerer Messungen mittels aufsetzbarer Taster innerhalb eines begrenzten Gebietes, z. B. an mehreren Stellen eines Werk- stückes, wobei jeder Messstelle ein Messwerk zugeordnet ist.
Das besondere Problem bei der gleichzeitigen Messung an verschiedenen eng beieinanderliegenden Messstellen besteht im wesentlichen dann, dass es wohl möglich ist, auf eng begrenztem Gebiet eine grössere Anzahl kleiner Messtaster anzuordnen, dass es aber praktisch ausgeschlossen ist, auch die eigent liehen Messwerke, welche die Tasterbewegung bzw.
Tasterstellung während der Messung auswerten, auf genügend kleinem Raume anzuordnen. Man hat daher bisher im allgemeinen darauf verzichtet, eng beiein- anderliegende Messstellen gleichzeitig abzutasten, sondern man hat jede Stelle nacheinander einzeln geprüft.
Die Vorteile einer gleichzeitige, n Messung an meh- reren eng beieEinanderliegenden Messstellen sind jedoch offensichtlich.
Die vorliegende Erfindung betrifft nun ein Verfahrern, welches die gleichzeitige Messung an ver schiedenen eng beieinanderliegenden Stellen gestattet und dadurch gekennzeichnet ist, dass die Messwerke bezüglich der Richtung der Tasterbewegung seitlich der zugeordneten Taster angeordnet t werden und dass die Tasterbewegung über ein Betätigungsorgan an das zugeordnete Messwerk übertragen wird. Das erfindungsgemässe Verfahren gestattet also, die eigentlichen raumbeanspruchenden Messwerke, wege den einzelnen Messtasten zugeordnet sind, innerhalb Grenzen, welche nur durch die mechanisch mögliche Präzision gegeben sind, beliebig weit von den eigentlichen Messstellen entfernt anzuordnen.
Man kann dabei im allgemeinen so vorgehen, dass die Messwerke ringartig um das Gebiet, in welchem die Messstellen liegen, angeordnet und die Tasterbewegungen aus dem
Gebiet bezüglich des Zentrums desselben radial nach aussen auf die Messwerke überträgt.
Wie e bereits angedeutet, ist die Distanz, über welche die Bewegungen der Messtaster quer zu deren
Bewegungsrichtung auf ein Messwerk übertragen wer den können, durch die mögliche mechanische Präzi sion begrenzt. Die Übertragung kann beispielsweise durch einen eine oder zweiarmigen Hebel vorgenom men werden, wobei aber die Länge der Hebelanne unter Berücksichtigung der Präzision der Hebellage- rung eine gewisse Länge nicht überschreiten dürfen, wenn Messfehler vermieden werden sollten.
Das vorliegende Patent betrifft daher auch eine
Messvorrichtung zur Durchführung des oben erwähn ten Verfahrens mit mindestens zwei Tastern und den selben zugeordneten Messwerken, welche das Erfor dernis genau gelagerter Hebel sowie weitere mit Ubertragungshebeln verbundene Nachteile zu vermeiw den gestattet. Die Messvorrichtung ist t gek, emzeichnet durch eine reibungsfreie Geradführung für die seit lich der Messwerke angeordneten, von den Tastern steuerbaren Betätigungsorgane für die Messwerke.
Die reibungsfreie Geradführung bzw. Aufhängung der
Betätigungsorgane erfolgt vorzugsweise mittels ein seitig eingespannter Blattfedern, welche nicht nur der
Führung der Betätigungsorgane, sondern auch zur
Bestimmung der Lage der Betätigungsorgane sowie zur Erzeugung des erforderlichen Messdruckes dienen können. Es sind somit keine besonderen Anschläge oder Federn erforderlich.
Anhand der Zeichnung, welche ein Ausführungs beispiel der erfindungsgemässen Messvorrichtung dar stellt, ist die Erfindung im folgenden näher beschrie ben.
Fig. 1 ist ein Schnitt durch die Messvorrichtung nach der Linie 1-1 in Fig. 2.
Fig. 2 ist eine Seitenansicht der Vorrichtung.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt nach der Linie IITIII in Fig. 1, und
Fig. 4 zeigt ein einzelnes Messaggregat der Messvorrichtung von unten.
Die in den Fig. 1 und ! 2 schematisch dargestellte Messvorrichtung hat eine Grundplatte 1, auf welcher zwei Führungssäulen 2 sowie ein Halter 3 für ein Werkstück 4 befestigt sind. An den Säulen 2 ist eine Platte 5 in Vertikalrichttmg beweglich geführt. Wie besonders Fig. 3 zeigt, ist in die Platte 5 eine weitere zentrale Platte 6 mit Bohrungen 7 zur Aufnahme von stiftartigen Tastern oder Fühlern 8 eingelegt. Die Fühler 8 sind in der Platte 6 leicht verschiebbar gelagert und weisen je einen Kopf 9 mit genau plan bearbeiteter oberer Fläche 10 auf.
Die Köpfe 9 dienen einerseits als Anschläge zum Tragen der Stifte 8 in der in Fig. 3 dargestellten Ruhelage und anderseits zur Übertragung der Aufwärtsbewegungen der Stifte 8 auf ebenfalls genau plan bearbeitete Flächen 11 von Teilen 12 aus Hartmetall oder ähnlichem geeignetem Material.
Der Teil 12 ist in eine Platte 13 eingelassen, welche die in Fig. 4 ersichtliche, im wesentlichen dreieckige Form aufweist und mit einem prismatischen Stab ebenfalls dreieckigen Querschnitts 14 verschraubt ist. Das obere Ende des Stabes 14 ist mit einer dreieckigen Platte 15 verschraubt. Zwischen den Teilen 13 und 14 bzw. 14 und 15 sind Blattfedern 16 bzw. 17 eingelegt und festgeklemmt. Zur Sicherung der richtigen gegenseitigen Lage der Teile 13 bis 17 sind durch den Teil 13 und die Feder 16 in den Stab 14 greifende untere Orientierungsstifte 18 sowie durch den Teil 15 und die Feder 17 in den Stab 14 greif ende obere Grientierungsstifte 19 vorg sehen.
Die Teile 12 bis 19 bilden zusammen ein Über- tragungs- bzw. Betätigungsorgan, welches mittels der Federn 16 und 17 reibungsfrei aufgehängt ist und parallel zu sich selbst in Vertikalrichtung (Fig. 3) verschoben werden kann. Eine solche Verschiebung kann nach Massgabe der Verschiebung des zugeordneten Fühlers 8 stattfinden. Da die Vertikalverschiebung des Betätigungsteils nur um geringe Strecken erfolgen soll, bleiben die Federn 16 und 17 stets in praktisch horizontaler Lage, so dass praktisch eine Parallelverschiebung bzw. Geradführung des Betätigungsteils 13, 14, 15 in vertikaler Richtung erfolgt.
Die untere Blattfeder 16 ist zwischen einer Befestigungsplatte 20 und einem Zwischenteil 21 des unbeweglichen Teils des in Fig. 3 und 4 dargestellten Messaggregats 47 eingeklemmt. Dieser feststehende Teil weist ferner eine Distanzhülse 22, einen Distanzteil 23 und eine obere Platte 24 auf. Die obere Blattfeder 17 ist zwischen den Teilen 23 und 24 festgeklemmt.
In einer Bohrung der Platte 24 ist eine mit einer Längsnut versehene Stellschraube 25 axial verschiebbar, aber durch einen in die Nut greifendlen Stift 26 gegen Drehung gesichert angeordnet. Mit dem oberen Ende der Stellschraube 25 ist eine Stellmutter 27 verschraubt. Am unteren Ende der Stellschraube 25 greift eine Zugfeder 28 an, deren anderes Ende an einem in der Platte 13 verankerten Halter 29 eingehängt ist.
Beidseitig der Distanzhülse 22 sind zwischen derselben und den Teilen 21 bzw. 23 Blattfedern 30 bzw.
31 festgeklemmt, welche ein Messwerk 32 tragen. Die Blattfedern 30 und 31 bilden für die, während der Messung stationären Teile des Messwerks 32 eine Parallelführung ähnlich der durch die Federn 16 und 17 gebildeten Parallelführung für den Betätigungsteil 13, 14, 15, und suchen das Messwerk stets in einer oberen Endlage zu halten. Die Betriebslage des Messwerks wird jedoch bestimmt durch Anschlag seiner oberen Endfläche 33 gegen eine Stellschraube 34, welche durch Reibung gegen ungewollte Drehung gesichert in einer in die Platte 24 eingelassenen Gewindehülse 35 sitzt.
Wie erwähnt, wird die obere Stirnfläche 33 des Messwerks 32 von den Federn 30 und 31 stets in Berührung mit der Stellschraube 34 gehalten, so dass durch Verstellen der Schraube 34 in ihrer Hiilse 35 die genaue vertikale Betriebslage des Messwerks 32 bestimmt werden n kann.
In dem in dieser Weise vertikal einstellbaren, während der Messung jedoch stationären Teil des Messwerks sind zwei Spulen 36 und 37 eingesetzt, welche in bekannter Weise in benachbarte Zweige einer Wechs elstrommessbrücke geschaltet sind. Den Spulen 36 und 37 ist ein gemeinsamer, vertikal verschiebbarer Kern 38 zugeordnet, welcher mittels eines Stiftes 39 in einer konischen Vertiefung der Platte 13 bzw. in einem Loch einer mit dem Teil 15 ve.r- nieteten Blattfeder 40 gelagert ist. Der Kern 38 wird somit stets die Vertikalbewegungen des Betätigungsorgans 13, 14, 15 mitmachen.
Da es für die Messung keine Rolle spielt, ob der Kern 38 genau konzentrisch in den Spulen 36 und 37 liegt oder nicht, eignet sich das dargestellte elektrische Messsystem ganz besonders gut für den vorliegenden Fall, weil für die Messgenauigkeit nur die Vertikalbewegung des Kerns 38, nicht aber eventuelle geringe horizontale Bewegungen ausschlaggebend sind. Selbstverständiich ist es möglich, den Kern 38 mit genügend Spiel in dien Spulen 36 und 37 anzuordnen, so dass auch hier jede Reibung, welche die Messbewegung hindern könnte, ausgeschlossen ist. Die Anschlüsse an die beiden Messspulen 36 und 37 erfolgen in bekannter Weise über ein Kabel 41.
Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, sind alle Teile der auf die Platte 5 aufgesetzten Messaggregate 47 so ausgebildet, dass sich ein im wesentlichen dreieckiger Querschnitt des Messaggregates über seine ganze Höhle ergibt. Mit andern Worten sind an den Messaggregaten 47 keine Teile vorgesehen, weiche über die in Fig. 4 dargestellte, praktisch dreieckige Umrissform dies Messaggregates herausragen. Aus Fig. 3 ist ferner ersichtlich, dass die Messbewegung von den Tastern 8 bzw. deren Köpfen 9 auf die äusserste schrnale Ecke in das Gebiet hineinragen muss, in welchem die Messungen vorzunehmen sind.
Es ist somit möglich, eine grössere Anzahl von Messaggregaten 47 in einen kleinen Bereich hineinragen zu lassen, in welchem glieich- zeitig mehrere Messungen vorzunehmen sind. Diese Möglichkeit ist in Fig. 1 schematisch dargestellt, aus welcher ersichtlich ist, dass alle Spitzen von drei Mess aggregaten 47 in einem sehr kleinen zentralen Gebiete liegen, in welchem Fühlierstifte 8 durch die Platte 6 nach unten durchragen.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel schliessen die Messaggregate 47 an der Spitze einen Winkel von nicht ganz 30O ein, so dass grundsätzlich zwölf Messaggregate 47 dicht nebeneinander angeordnet werden und gleichzeitig zwölf Messungen in einem sehr beschränkten Gebiet von beispie.isweise 4 mm Durchmesser auswerten könnten.
Wie bereits erwähnt, ist die in Fig. 1 und 2 schematisch dargestellte Messvorrichtung mit drei Messaggregaten 47 ausgerüstet. Sie sind in der in Fig. 3 dargestellten Weise fest mit der Platte 5 verschraubt, und jedes der Messaggregate 47 ist einem der Fühler stifte 8 zugeordnet. Die an den Säulen 2 vertikal geführte Platte 5 ist über Stangen 42 und ein Joch 43 mit der Kolbenstange 44 eines hydraulischen oder pneumatischen Betätigungszylinders 45 verbunden.
Der Zylinder 45 ist an einem Träger 46 befestigt, welcher seinerseits an den Säulen 2 verankert ist.
Die dargestellte Messvorrichtung arbeitet wie folgt: Fig. 2 zeigt den Zustand, in welchem die Platte 5 mit den Messaggregaten 47 in die höchstmögliche Stellung angehoben ist, in welcher die Fühler 8 vom Werkstück 4 abgehoben sind. Ist dieses Werkstück soeben gemessen worden, so wird es nun gegen ein neues zu prüfendes Werkstück 4 ausgewechselt, worauf die Platte 5 mittels des Steuerzylinders 45 gesenkt wird. Dabei treffen die Stifte 8 auf die ihnen zugeordneten Messstellen auf und prüfen an denselben die Bearbeitungstiefe. Die Platte 5 wird dabei so weit abgesenkt, dass alle Köpfe 9 der Messstifte 8 bezüglich der Platte 6 leicht angehoben werden und somit an der Fläche 11 und dem Teil 12 auch die Teile 13, 14 und 15 leicht anheben.
Zugleich wird auch der Kern 38 angehoben und errecht eine bestimmte Lage, wann die Platte 5 ihre untere Endstellung, welche beispielsweise durch einen nicht dargestellten fest einstellbaren Anschlag bestimmt ist, erreicht hat. Je nach der Lage, die der Messkern 38 dabei erreicht, werden auch die Induktivitäten der Spulen 36 und 37 bestimmte Werte erreichen, und die Messbrücke, in welche die Spulen 36 und 37 geschaltet sind, wird eine bestimmte Verstimmung erreichen, kann jedoch auch ins Gleichgewicht gelangen.
Jedenfalls kann aus diesem Zustand der Brücke auf die Bearbeitungstiefe an den Messstellen geschlossen und das geprüfte Werkstück als Ausschuss ausgeworfen oder zur Nachbearbeitung gegeben werden, je nachdem ob die Bearbeitung an mindestens einer Messstelle als zu tief oder zu wenig tief befunden wird.
Ein geeigneter Messpunkt kann in der erwähnten Weise durch Verstellen der Schraube 34 bzw. des stationären Teils des Messwerks 32 mit den Spulen 36 und 37 eingestellt werden, wobei die Einstellung beispielsweise so erfolgen kann, dass die Messbrücke während der Messung gerade ins Gleichgewicht gb langt, wenn die Bearbeitung genau das Sollmass erreicht hat und somit eine Verstimmung in der einen oder anderen Richtung aufweist, wenn die Bearbeitung zu tief oder zu wenig tief erfolgt ist.
Zur Erzielung sehr genauer Messungen an kleinen Teilen und fein bearbeiteten Stellen ist es wesentlich, geringe Messdrücke anzuwenden, welche aber natürlich noch einen zuverlässigen Kontakt der Stifte 8 mit den Messstellen ergeben sollen. Die dargestellten Messaggregate sind für diesen Zweck ausserordent lich geeignet, weil abgesehen von den sehr feinen Messstiften 8 überhaupt keine Teile vorgesehen sind, weiche Reibungswiderstände verursachen könnten.
Es werden daher auch dann sichere Bewegungen erzielt, wenn sehr geringe Messdrücke angewandt werden. Es ist nun möglich, den gewünschten Messdruck mittels der Zugfeder 28 genau einzustellen. Durch Drehen der Mutter 27 kann die Schraube 25 axial verstellt und damit der über die Feder 28 und den Halter 29 auf die Platte 13 des Betätigungsorgans übertragene Zug eingestellt werden. Wile bereits erwähnt, wird sich dabei je nach dem durch die Feder 28 übertragenen Zug eine bestimmte Ruhelage des Betätigungsorgans einstellten, bei welcher sich die von der Feder 28 bzw. von den Federn 16 und 17 auf ihn wirkenden Kräfte aufheben.
Der dem Messaggregat 47 zugeordnete Fühler 8 wird nun so eingestellt, dass das Betätigungsorgan des Messwerks gerade um einen geringen Betrag über r diese Ruhe- oder Gleichgewichtslage angehoben wird, so dass in n der effektiven Messlage des Betätigungsorgans nur ein geringer Druck nach unten auf den Stift 8 ausgeübt wird. Es ist in dieser Weise möglich, jeden beliebigen Messdruck von 0 aufwärts einzustellen.
Es wird dabei natürlich in vielen Fällen vorkommen, dass sich die Köpfe 9 der Stifte 8 von den Teilen 12 abheben, wenn die Messaggregate aus der Messstellung angehoben werden, doch ändert dies an der grundsätzli ehen Funktionsweise der Messaggregate nichts, indem sich dann die Betätigungsteile bzw. der Kern 38 nach dem Auftreffen des Messfühlers 8 auf die Messstelle nicht sofort anzuheben beginnen, sondern erst, wenn der Fühler um einen bestimmten Betrag angehoben ist und ! mit seinem Kopf 9 auf die Fläche 11 des Teils 12 auftrifft.
Ist die Messung durchgeführt und sind' die Ergebnisse ausgewertet, so wird die Druckmittelzufuhr zum Zylinder 45 umgesteuert und damit die Platte 5 mit dem Messaggregat wieder angehoben. Das soeben geprüfte Werkstück 4 kann gegen ein neues ausgetauscht werden, welches dann in der beschriebenen Weise abgetastet wird.
Es wurde oben ausführlich darauf hingewiesen, dass alle Messaggregate 47 an der Stelle, an welcher die Messbewegung von den Fühlern 8 auf die Betäti gungsorgane der Messaggregate zu übertragen ist, schmal bzw. spitz ausgeführt sind, und dass alle Teile jedes Dvlessaggregates innerhalb eines prismatischlen Raumes von praktisch dreieckigem Querschnitt lie gen sollen, damit mehrere Messaggregate direkt ringartig aneinandergefügt werden können. Anstelle einer dreieckigen prismatischen Querschnittsform könnte natürlich auch irgendeine sektorartige Form treten.
Wesentlich ist aber im Grund nur die Tatsache, dass die Übertragung der Messbewegung über ein Organ erfolgt, welches mindestens an demjenigen Ende, auf welches die Messbewegung vom Fühler 8 zu übertragen ist, schmal bzw. spitz ausgeführt ist, damit mehrere solche Bewegungsübertragungsorgane in einen kleinen Bereich hineinragen können, in welchem mehrere Fühler zur gleichzeitigen Abtastung mehrerer Messstellen angeordnet sein können.
Es wäre also durchaus möglich, jedes Messaggregal: mit einem beispielsweise zylindrischen Gehäuse zu versehen, in welchem das eigentliche Messwerk angeordnet ist, wie dies ja bei der Ausführung gemäss Fig. 3 und 4 auch der Fall ist, und seitlich dieses Messwerkes irgendein schmales oder spitzes Übertragungsorgan seitlich vorstehen zu lassen, welches neben weiteren gleichartigen Übertragun gs organen in n den beschränk- ten Messbereich hineinragen und die Messbewegung aus diesem Messbereich an das Messwerk übertragen kann. : Das Übertragungsorgan kann dabei vorzugs- weise ein translatorisch verschiebbares, mittels Federn aufgehängtes und parallel geführtes Organ gemäss Fig. 3 und 4 sein, doch wäre auch eine Übertragung mittels Hebel möglich.
Anstelle des dargestellten elektrischen Messwerk, es mit zwei in eine Wechselstrombrücke geschalteten Induktionsspuien 36 und 37 kann selbstverständlich jedes andere geeignete Messwerk angewendet werden.
Es kann beispielsweise ein einfacher Umschaltkontakt vorgesehen werden, welcher so eingestellt ist, dass ein Kontaktschluss im einen oder anderen Sinne eine zu tiefe oder zu wenig tiefe Bearbeitung und ein offener Kontakt richtige Bearbeitungstiefe anzeigt.
Anstelle des Messkerns 38 nach Fig. 3 kann auch der bewegliche Teil eines hydraulischen oder pneumatischen Steuerventils treten, welches den Durchfluss eines entsprechenden Druckmittels steuert, wobei der Druckmitteldurchftuss in an sich bekannter Weise zur Anzeige der Bearbeitungstiefe ausgewertet wird. Es ist schliesslich auch möglich, eine optische Auswertung vorzunehmen, indem durch die Messbewegung ein Strahlengang verändert wird, wobei je nach der Art des Strahlenganges beispielsweise mittels Photozellen auf die Bearbeitungstiefe geschlossen wird.
Die Vorrichtung nach Fig. 1 und 2 kann vorzugsweise so aufgebaut werden, dass die Teile 1, 2, 5, 42, 43 und 46 als feste Hilfseinrichtung stets verbunden bleiben, während die Teile 3, 6, 44 und 45 sowie e die Messaggregate 47 auswechselbar sind. Durch das Auswechseln dieser Teile können verschiedene Anordnungen von Fühlerstiften 8 und von Messaggregaten zur Prüfung bestimmter, immer wieder vorkommender Teile leicht hergerichtet werden. Die Endanschläge zur Bestimmung der Messbewegung können an den ebenfalls auswechselbaren Zylindern 45 bzw.
Kolbenstangen 44 angebracht werden.