Verfahren und Vorrichtung zur optischen Messung an kleinsten Werkstücken während der Bearbeitung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optischen Messung an kleinsten Werkstücken, insbesondere kleinsten Drehteilen, während der Bearbeitung sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bei der Herstellung kleinster Teile, insbesondere auf Drehbänken, ist es meist nicht mehr möglich, mit mechanischen Messinstrumenten den Fortgang der Arbeit am herzustellenden Werkstück zu überwachen.
Dies muss dann durch optische Geräte erfolgen. Bisher war es dazu üblich, das Werkstück aus dem Spannfutter anszuspannen und unter eine optische Messvorrichtung zu bringen, wonach es dann gegebenenfalls erneut eingespannt und weiterbearbeitet werden musste. Dies war wegen der ausserordentlichen kleinen Abmessungen sehr schwierig und zeitraubend. Ausserdem wurde durch den erneuten Einspannvorgang trotz sehr guter Einspannfutter die Messung vielfach wieder durch kleine Ungenauigkeiten beim Einspannen wenigstens teilweise wertlos gemacht, abgesehen davon, dass diese Arbeitsmethode sehr zeitraubend ist.
Es wurde auch schon versucht, die optische Messeinrichtung durch Feineinstellung verchiebbar über dem Werkstück anzuordnen. Da sich aber die Messoptik zum Uberwachen bei der Bearbeitung, zu der ebenfalls optische Vergrösserung notwendig ist, nicht eignet, musste sie ständig gegen eine solche zum Überwachen ausgetauscht werden. Erfahrungsgemäss lässt sich genaue Übereinstimmung der Stellung dabei nicht erreichen, eine Verschiebemöglichkeit an der Optik selbst wäre aber nur sehr schwierig zu bewerkstelligen.
Um diese Schwierigkeiten zu beseitigen, ist das erfindungsgemässe Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass das auf einer Werkbank eingespannte Werkstück zusammen mit der Werkbank durch Schwenken und Verschieben eines Maschinenbettes auf einer Fundamentplatte in Messposition gebracht wird. Die ebenfalls erfindungsgemässe Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Werkbank auf ein Maschinenbett aufgesetzt, welches auf einer Fundamentplatte leichtgängig gelagert gegen ein federndes, als Drehpunkt dienendes Widerlager anliegt und mit Hilfe zweier mit Feingewinde versehener Stellschrauben, die vorzugsweise in einem stumpfen Winkel zueinander wirken, verschiebbar ist.
Das Maschinenbett kann als schwere, an der Unterseite ebene Platte ausgebildet und auf einer ebenen, metallischen Oberfläche der Fundamentplatte gelagert sein. Die Anordnung ist vorzugsweise so, dass das Werkstück genau in das Blickfeld eines über dasselbe schwenkbaren optischen Messgerätes hineingebracht werden kann. Eine eindwandfreie Messung wird so unter stets gleichbleibenden Bedingungen möglich, ohne dass das Werkstück aus der Einspannvorrichtung entnommen werden müsste. Die Bewegung senkrecht zur Spindelachse kann mit Hilfe eines federnden Widerlagers erreicht werden, während die beiden Schrauben das Verschwenken der Platte um das Widerlager als Drehpunkt ermöglichen.
Der Schwenkbereich kann im unteren Bereich der in Frage kommenden Abmessungen so gering sein, dass es zur Erzielung hoher Erschütterungsfreiheit möglich ist, den Antriebsmotor nicht auf das Maschinenbett sondern auf die feste Fundamentplatte bzw. das Fundament zu stellen.
Da während der Bearbeitung die Beobachtung des Werkstückes durch ein optisches Instrument nötig ist, dies aber mit der Messoptik insbesondere wegen der störenden Messeinteilung nicht erfolgen kann, wird es durch die erfindungsgemässe Lagerung der Fundamentplatte möglich, auf einfache Art durch Verschwenken der Optiken die Bearbeitungsoptik und die Messoptik gegeneinander auszutauschen. Erfahrungsgemäss sind dann nur noch geringe Korrekturen in der Einstellung der Werkbank notwendig.
Anhand der Zeichnung werden nachstehend Ausführungsbeispiele der Erfindungsgegenstände näher erläutert.
Fig. 1 zeigt in einer Ansicht von oben und
Fig. 2 im Schnitt nach der Linie A B C D der Fig. 1 eine Vorrichtung zum Messen kleinster Werkstücke während der Bearbeitung.
Die gezeichnete Vorrichtung umfasst eine Fundamentplatte 1, auf der ein Maschinenbett 2 auf Axialkugellagern 26 bzw. 28 mit Hilfe von Zapfen 27 bzw.
29 gelagert ist. In der Zeichnung sind nur zwei Lager gezeigt; es ist selbstverständlich, dass mindestens drei zur einwandfreien Lagerung des Maschinenbettes 2 notwendig sind, wobei dann beispielsweise ein Lager 26 und zwei Lager 28 anzuordnen wären. In der Fundamentplatte 1 sind die Lager mit Hilfe von Stiften 30 bzw. 31 festgelegt. An der der Bedienungsseite abgewandten Stirnfläche liegt das Maschinenbett 2 gegen ein Widerlager, welches in der Zeichnung als Bock 24 mit einer Feder 25 dargestellt ist. In der einfachsten Ausbildungsform kann jedoch dieses Widerlager aus einem Weichgummiklotz bestehen.
An der Bedienungsseite sind an den beiden äusseren Enden des Maschinenbettes 2 zwei Stellschrauben 6 und 7 in Böckchen i und 5, die bei schwereren Ausführungen um ihre Längsachse schwenkbar sein können, angebracht, welche mit ihren Platten 8 gegen entsprechende Flächen 9 im Maschinenbett sitzen.
Die Verstellung des Maschinenbettes 2 erfolgt nun, indem beispielsweise zum Verschieben senkrecht zur Achse der Werkbank 3 die beiden Schrauben gleichmässig gelöst oder angezogen werden; in diesem Falle dehnt sich das Widerlager 24, 25 bzw. drückt sich zusammen. Soll eine Schwenkbewegung des Maschinenbettes 2 um das Widerlager 24, 25 als Achse erfolgen, so wird entsprechend der gewünschten Drehrichtung entweder die Schraube 6 angezogen und die Schraube 7 losgedreht oder umgekehrt. Die Bewegungen des Maschinenbettes 2 werden durch die Lager 26 und 28 nicht behindert, da die Zapfen 27 und 29 genügend Spielraum aufweisen, um Bewegung des Maschinenbetts 2 im notwendigen Rahmen zu ermöglichen.
Die dargestellten Axiallager 26 und 28 sind nur eine beispielsweise Lösung; bei notwendigem grösserem Schwenkbereich können genauso gut in entsprechenden Betten Rollen oder Kugeln eingelegt sein; erreicht werden soll ein besonders hohes Mass an Leichtgängigkeit zwischen Maschinenbett 2 und Fundamentplatte 1, damil bei der Verstellung der Platte 2 jedes Rucken vermieden wird.
Die Arbeitsspindel wird von einem Motor 10 aus über Riemenscheiben 11 und 22 vermittels eines Riemens 12 angetrieben. Bei entsprechender Ausbildung der Riemenscheiben besteht selbst in den extremen Endstellungen nicht die Gefahr, dass der Riemen von den Riemenscheiben herunterspringt. Ein geschwungener Arm 13 trägt über der Werkbank zwei Optiken 15 und 16, von welchen eine, beispielsweise 16, zur Beobachtung während der Bearbeitung und die andere, beispielsweise also 15, zur Messung dient. Mit Hilfe eines Hebels 18 mit einem Handgriff 17 kann der Arm 13 mit den beiden Optiken 15 und 16 auf einem Drehteller 14 geschwenkt werden.
Zwei Anschlagschrauben 19 und 20 legen mit Hilfe einer Nase 21 die Grösse des Stellwinkels nach beiden Seiten fest, so dass bei Drehen der Optik 15 über das Werkstück zum Messen nach Anschlagen der Nase 21 an der Schraube 19 nur noch geringe Korrekturen vermittels der Schrauben 6 und 7 notwendig werden.
Es hat sich gezeigt, dass die beschriebene Lösung praktisch in allen Fällen anwendbar ist, in welchen das optische Messen auf Grund der kleinen Abmessungen des Werkstückes notwendig oder empfehlenswert ist. In jedem Falle kann das Maschinenbett so schwer gemacht werden, dass Erschütterungen nicht auftreten. Bei Wahrung entsprechender Vorsichtsmassregeln ist es auch möglich, den Antrieb ganz auf dem Maschinenbett zu befestigen. Insbesondere bei grösseren Maschinenabmessungen mit entsprechend schwererem Bett und dort, wo der Motor mit auf dem Maschinenbett montiert ist, kann auch das an sich bekannte Prinzip der Luftlagerung angewendet werden.
Vor dem Verstellen des Bettes werden die in entsprechender Weise in der Fundamentplatte angeordneten Luft- bzw. Gasdüsen gegebe- nenfalls kann auch eine nicht schmierende Flüssigkeit benutzt werden - in Tätigkeit gesetzt, wonach sich das Maschinenbett mittels der beschriebenen Stellschrauben sehr leicht verschieben lässt. Da das Gasoder Flüssigkeitskissen nur wenige Hundertstel Millimeter dick zu sein bauch, kann die Einstellung mit genügender Genauigkeit erfolgen. Dabei kann auch bei eingeschalteten Düsen gemessen werden. Bei Abschalten der Düsen legt sich das Maschinenbett wieder fest auf die Fundamentplatte.
Method and device for optical measurements on the smallest workpieces during processing
The invention relates to a method for the optical measurement of the smallest workpieces, in particular the smallest turned parts, during machining and a device for performing the method.
When manufacturing the smallest parts, especially on lathes, it is usually no longer possible to use mechanical measuring instruments to monitor the progress of work on the workpiece to be manufactured.
This then has to be done by optical devices. Up to now, it was customary to clamp the workpiece out of the chuck and bring it under an optical measuring device, after which it then had to be clamped again and further processed if necessary. This was very difficult and time consuming because of the extraordinarily small dimensions. In addition, the repeated clamping process, despite very good clamping chucks, often rendered the measurement again at least partially worthless due to small inaccuracies during clamping, apart from the fact that this working method is very time-consuming.
Attempts have also been made to arrange the optical measuring device so that it can be displaced over the workpiece by fine adjustment. However, since the measuring optics are not suitable for monitoring during processing, for which optical magnification is also necessary, they had to be constantly exchanged for monitoring systems. Experience has shown that it is not possible to achieve an exact match of the position, but it would be very difficult to move the optics itself.
In order to eliminate these difficulties, the method according to the invention is characterized in that the workpiece clamped on a workbench is brought into the measuring position together with the workbench by pivoting and shifting a machine bed on a foundation plate. The device according to the invention for carrying out this method is characterized in that the workbench is placed on a machine bed, which is mounted on a foundation plate and rests smoothly against a resilient abutment serving as a fulcrum and with the help of two fine-threaded adjusting screws, which are preferably at an obtuse angle act to each other, is displaceable.
The machine bed can be designed as a heavy plate that is flat on the underside and mounted on a flat, metallic surface of the foundation plate. The arrangement is preferably such that the workpiece can be brought exactly into the field of view of an optical measuring device that can be pivoted via the same. An impeccable measurement is possible under constant conditions without the workpiece having to be removed from the clamping device. The movement perpendicular to the spindle axis can be achieved with the help of a resilient abutment, while the two screws allow the plate to pivot around the abutment as a fulcrum.
The swivel range can be so small in the lower area of the dimensions in question that it is possible to achieve a high level of freedom from vibration not to place the drive motor on the machine bed but on the fixed foundation plate or the foundation.
Since it is necessary to observe the workpiece through an optical instrument during processing, but this cannot be done with the measuring optics, in particular because of the disruptive measurement graduation, the inventive mounting of the foundation plate makes it possible to easily pivot the optics and the processing optics Exchange measuring optics against each other. Experience has shown that only minor corrections in the setting of the workbench are then necessary.
Exemplary embodiments of the subject matter of the invention are explained in more detail below with reference to the drawing.
Fig. 1 shows in a view from above and
Fig. 2 in section along the line A B C D of Fig. 1, a device for measuring the smallest workpieces during processing.
The device shown comprises a foundation plate 1 on which a machine bed 2 is supported on axial ball bearings 26 and 28 with the aid of pins 27 and
29 is stored. Only two bearings are shown in the drawing; It goes without saying that at least three are necessary for the correct mounting of the machine bed 2, in which case, for example, one bearing 26 and two bearings 28 would have to be arranged. In the foundation plate 1, the bearings are fixed with the help of pins 30 and 31, respectively. On the end face facing away from the operator's side, the machine bed 2 rests against an abutment, which is shown in the drawing as a bracket 24 with a spring 25. In the simplest form, however, this abutment can consist of a soft rubber block.
On the operating side, two adjusting screws 6 and 7 in lugs i and 5, which can be pivoted about their longitudinal axis in heavier versions, are attached to the two outer ends of the machine bed 2, which sit with their plates 8 against corresponding surfaces 9 in the machine bed.
The machine bed 2 is now adjusted by, for example, loosening or tightening the two screws evenly to move it perpendicular to the axis of the workbench 3; in this case the abutment 24, 25 expands or compresses. If the machine bed 2 is to pivot about the abutment 24, 25 as an axis, either the screw 6 is tightened and the screw 7 is loosened or vice versa, depending on the desired direction of rotation. The movements of the machine bed 2 are not hindered by the bearings 26 and 28, since the pins 27 and 29 have sufficient leeway to enable the machine bed 2 to move within the necessary framework.
The illustrated axial bearings 26 and 28 are only an example solution; if a larger swivel range is required, rollers or balls can just as easily be inserted in the corresponding beds; The aim is to achieve a particularly high degree of ease of movement between the machine bed 2 and the foundation plate 1, since any jerking is avoided when the plate 2 is adjusted.
The work spindle is driven by a motor 10 via pulleys 11 and 22 by means of a belt 12. If the pulleys are designed accordingly, there is no risk of the belt jumping off the pulleys, even in the extreme end positions. A curved arm 13 carries two optics 15 and 16 above the workbench, one of which, for example 16, is used for observation during processing and the other, for example 15, is used for measurement. With the aid of a lever 18 with a handle 17, the arm 13 with the two optics 15 and 16 can be pivoted on a turntable 14.
Two stop screws 19 and 20 set the size of the adjustment angle on both sides with the help of a nose 21, so that when the optics 15 are rotated over the workpiece for measurement after the nose 21 has hit the screw 19, only minor corrections by means of the screws 6 and 7 become necessary.
It has been shown that the solution described can be used practically in all cases in which optical measurement is necessary or recommended due to the small dimensions of the workpiece. In any case, the machine bed can be made so heavy that vibrations do not occur. If the appropriate precautionary measures are observed, it is also possible to fasten the drive entirely to the machine bed. In particular in the case of larger machine dimensions with a correspondingly heavier bed and where the motor is also mounted on the machine bed, the principle of air bearing, known per se, can also be used.
Before the bed is adjusted, the air or gas nozzles arranged in the foundation plate are activated, if necessary, a non-lubricating liquid can also be used - after which the machine bed can be moved very easily using the adjusting screws described. Since the gas or liquid cushion only needs to be a few hundredths of a millimeter thick, the setting can be made with sufficient accuracy. Measurements can also be made with the nozzles switched on. When the nozzles are switched off, the machine bed rests firmly on the foundation plate again.