Einrichtung zum Prüfen der Abmessungen von bewegten Werkstücken
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Prüfen der Abmessungen von bewegten Werkstükken, wobei die zur Prüfung herangezogenen Messflächen der Werkstücke auf einer Ebene oder Rotationsfläche liegen und durch Versteifungen voneinander ge trennt sind, mit einem die genannten Flächen überstreichenden Messfühler, einem vom Messfühler beeinflussten Mess- und Steuergerät, einem Programmsteuergerät und durch dieses gesteuerte Mittel zum periodischen Freigeben bzw. Festhalten des Messfühlers. Solche Längenmesseinrichtungen dienen insbesondere zum Messen eines oder mehrerer Werkstücke mit einspringenden Oberflächen oder einer Reihe mit Zwischenräumen hintereinander angeordneter Werkstücke während ihrer Bearbeitung auf einer Werkzeugmaschine.
Besonders vorteilhaft ist eine solche Einrichtung zum Messen von Werkstücken mit schmalen Messflächen, z. B. den Faseuflächen von Bohrern, Reibahlen und Keilwellen sowie von Wälzlagerringen und dergleichen.
Von einer derartigen Längenmesseinrichtung wird gefordert, dass sie nur auf eine Änderung der zu messenden Werkstückabmessung ansprechen darf und dass die zwischen den zu messenden Oberflächenteilen befindlichen Vertiefungen die Messung nicht beeinträchtigen dürfen.
Eine bekannte derartige Einrichtung, bei der die genannten Werkstücke während ihrer Bearbeitung gemessen werden können, enthält einen mit einem Breittastschuh versehenen Messfühler, der mit einem Messund Steuergerät verbunden ist und ständig auf dem zu messenden Werkstück aufliegt. Der Breittastschuh ist so breit, dass er die Vertiefungen der Oberfläche des zu messenden Werkstücks überbrückt.
Diese Einrichtung eignet sich jedoch nur zum Messen von Werkstücken mit schmalen Vertiefungen.
Es ist auch eine Einrichtung bekannt, deren Messfühler periodisch mit der Oberfläche des zu messenden Werkstückes in Berührung steht, zum Beispiel bei einer Keilwelle mit den am äusseren umschriebenen Zylinder liegenden Flächenteilen (den Keilrücken), und die beim Passieren der Nuten blockiert wird, wobei dem Messund Steuergerät vom Messfühler kontinuierlich ein Signal zugeleitet wird, das der zu kontrollierenden Abmessung des Werkstücks entspricht. Das Blockieren und Freigeben des Messfühlers wird durch eine Schablone gesteuert, deren Gestalt und Bewegung mit der Form und Bewegung der zu messenden Werkstücke übereinstimmt. Diese bekannte Einrichtung kann jedoch infolge der Trägheit der Fühlerblockiervorrichtung nicht zum Messen von Werkstücken mit schmalen Messflächen, z.
B. den Fasenflächen von Bohrern und Reibahlen, bei Keilwellen u. a. eingesetzt werden. Ausserdem erfordert diese Einrichtung für jede neue Art von zu messenden Werkstücken eine andere Schablone.
Es ist auch eine Einrichtung bekannt, deren Messfühler auf der Oberfläche des zu messenden Werkstükkes gleitet, in die vertieften Teile der Werkstückoberflächen hineinsinkt und aus ihnen durch die folgende erhöht liegende Messfläche des zu messenden Werkstückes wieder angehoben wird. Die entsprechenden Signale des Messfühlers werden einem elektronischen Mess- und Steuergerät zugeleitet, in dem sie durch Differentiation umgeformt werden und ein polarisiertes Sperrelais einschalten, das ein Signal an ein Anzeigegerät sendet, welches der zu kontrollierenden Werkstückabmessung entspricht. Infolge der Trägheit des polarisierten Relais ist aber diese Einrichtung zum Messen von Werkstücken mit schmalen Messflächen nur be schränkt brauchbar.
Ein weiterer Nachteil dieser Einrichtung besteht in einem übermässigen Verschleiss des Messfühlers durch das Gleiten auf der Oberfläche des zu messenden Werkstückes.
Die vorliegende Erfindung bezweckt die Beseitigung der erwähnten Nachteile. Ihr Gegenstand ist eine Einrichtung, die es gestattet, Werkstücke mit beliebig grossen, durch Vertiefungen voneinander getrennten Messflächen während deren Bearbeitung zu messen.
Die erfindungsgemässe Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der beim Freigeben in eine Vertiefung gesunkene Messfühler bei Auflaufen auf eine Messfläche auch im festgehaltenen Zustand gegen die Festhaltekraft verschiebbar ist und dass zwischen dem Messfühler und dem Mess- und Steuergerät ein Mittel zum periodischen Verbinden und Trennen von Messund Steuergerät und Messfühler vorgesehen ist.
Eine vorteilhafte Ausführungsform dieser Längenmesseinrichtung, die zum Messen der Werkstücke während ihrer Bearbeitung eingerichtet ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine pneumatische Messeinrichtung mit einer Messdüse und einer Prallplatte aufweist, dass das Mess- und Steuergerät als pneumatisches Manometer ausgebildet ist, dass das Mittel zum Abschalten des pneumatischen Manometers ein elektromagnetisches Ventil ist, das in einer Druckluftleitung zwischen der Messdüse und dem pneumatischen Mano meters angeordnet und mit einem Schalter des Programmsteuergerätes elektrisch verbunden ist, und dass ein zweiter Schalter des Programmsteuergerätes mit einem Elektromagneten zur periodischen Freigabe des Messfühlers elektrisch verbunden ist.
Die erfindungsgemässe Einrichtung gewährleistet eine hohe Messgenauigkeit bei Werkstücken mit beliebig breiten Vertiefungen zwischen den Messflächen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 ein Prinzipschema der erfindungsgemässen Einrichtung,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Programmsteuergerätes,
Fig. 3 das Zeitdiagramm der Arbeitsfolgen des Elektromagneten und
Fig. 4 das Zeitdiagramm des Betriebes des elektromagnetischen Ventils.
Die in Fig. 1 dargestellte Längenmesseinrichtung enthält einen Messfühler 1, einen Elektromagnet 2, der dazu dient, den Messfühler periodisch freizugeben, ein Mess- und Steuergerät 3 in Form eines pneumatischen Manometers, ein Programmsteuergerät 4 und ein pneumatisches Messystem mit einer Druckluftleitung 5, einer Vordüse 6 und einer Messdüse 7. Die Leitung 5 ist durch eine Abzweigleitung 8 mit dem pneumatischen Manometer verbunden. In die Zweigleitung 8 ist eine Vorrichtung zum Abschalten des Gerätes 3 vom Messfühler 1, und zwar das elektromagnetische Ventil 9, eingebaut.
Der Messfühler 1 ist als doppelarmiger Hebel ausgeführt, der drehbar auf einer im Gehäuse 11 befestigten Achse 10 gelagert ist. Auf dem einen Arm 12 dieses Hebels sitzt ein Tastbolzen 13, auf seinem zweiten Arm 14 aber eine Klappe 15 der Messdüse 7. Eine Feder 16, deren eines Ende am Messfühler 1 und deren zweites Ende am Gehäuse 11 befestigt ist, dient zur Erzeugung der Messkraft. Die Drehung des Messfühlers 1 um die Achse 10 wird durch eine Platte 17 behindert, die am Messfühler durch ein als Blattfeder 18 ausgebildetes Gelenk befestigt ist. Die Platte 17 ist ihrerseits durch eine Feder 19 in ihrer Verschieblichkeit behindert. Die Feder 19 wirkt auf den einen mit einem Anschlag 23 versehenen Arm 21 eines Hebels 22, der seinerseits die Platte 17 gegen einen zweiten Anschlag 20 des Gehäuses 11 drückt. Der Hebel 22 ist drehbar auf einer im Gehäuse 11 befindlichen Achse 24 gelagert.
Der andere Ann 25 des Hebels 22 steht in Wechselwirkung mit dem im Gehäuse 11 angeordneten Elektromagnet 2. Der Hebel 22, die Feder 19 und die Platte 17 sind die Mittel zur Blockierung des Messfühlers 1.
Das Programmsteuergerät 4 weist eine Welle 26 mit Nockenscheiben 27, 28 auf, die mit konstanter Drehzahl von einem Motor 29 angetrieben wird, sowie Schalter 30 und 31, die bei Drehung der Welle 26 von Nocken 32 und 33 (Fig. 2) der erwähnten Nockenscheiben betätigt werden. Der eine Ausgang des Programmsteuergerätes 4 ist über den Schalter 30 an das elektromagnetische Ventil 9 und der andere über den Schalter 31 an den Elektromagnet 2 angeschlossen.
Das Messen von Werkstücken mit einspringenden Oberflächen durch diese Einrichtung verläuft wie folgt:
Die Einrichtung sei an einer Planschleifmaschine verwendet, auf deren Tisch 34 die Werkstücke 35 aufgespannt sind. Das Mess- und Steuergerät 3 wird auf die erforderliche Werkstückabmessung, hier die Höhe, eingestellt und erteilt nach Erreichung derselben entweder ein Signal zur Umschaltung der Bearbeitungsart oder zum Rückzug der Schleifscheibe 36.
Die Nockenscheiben 27 und 28 des Programmsteuergerätes 4 werden so eingestellt, dass sie das Gerät 3 vom Messfühler 1 für eine Zeitdauer abschalten, die grösser ist als die Zeit des Durchlaufes des Messfühlers über die grösste Ausdehnung der Vertiefungen der Oberfläche der zu messenden Werkstücke 35.
Von einem Druckregler 37 wird Luft unter konstantem Druck durch die Vordüse 6 der Leitung 5 zugeführt. In der Leitung 5 selbst wird der Druck durch den Spielraum S zwischen der Prallplatte 15 und der Messdüse 7 bestimmt, der von der Grösse der zu messenden Werkstücke abhängt.
In der Ausgangsstellung ist der Elektromagnet 2 abgeschaltet und die Feder 19 drückt den Hebel 22 und damit die Platte 17 gegen den Anschlag 20. Das Mess- und Steuergerät 3 ist durch das elektromagnetische Ventil 9 vom Messfühler 1 abgeschaltet.
Nach dem Einschalten der Planschleifmaschine wird der Tisch 34 mit den auf ihm eingespannten Werkstücken 35 in Hin- und Rückgang versetzt.
Gleichzeitig wird das Programmsteuergerät 4 eingeschaltet, so dass die Drehung der Welle 26 mit den Nockenscheiben 27 und 28 durch die Nocken 32 und 33 nacheinander die entsprechenden Schalter 30 und 31 einschaltet, die ebenfalls nacheinander das elektromagnetische Ventil 9 bzw. den Elektromagnet 2 einschalten.
Nach dem Einschalten des Elektromagneten 2 zieht dieser den Arm 25 des Hebels 22 an, wodurch der Arm 21 die Feder 19 zusammendrückt und die Platte 17 freigegeben wird. Dabei schwenkt der Messfühler 1 infolge der Spannung der Feder 16 um seine Achse 10, wobei sich sein Arm 14 mit der Prallplatte 15 der Messdüse 7 nähert und sich der andere Arm 12 mit dem Tastbolzen 13 senkt und entweder auf die Oberfläche eines der zu messenden Werkstücke 35 trifft oder in den Zwischenraum zwischen diesen Werkstükken gelangt.
Der Elektromagnet 2 bleibt für eine Zeitspanne t1 (Fig. 3) eingeschaltet, die zum Absenken des Messfühlers 1 (Fig. 1) auf das Werkstück 35 erforderlich und durch die Breite b, (Fig. 2) des Nockens 32 auf der Nockenscheibe 28 bestimmt ist. Danach wird der Elektromagnet 2 (Fig. 1) abgeschaltet, der Hebel 22 kehrt in seine Ausgangsstellung zurück und presst die Platte 17 an den Anschlag 20, wodurch der Messfühler 1 festgehalten wird.
Trifft der Tastbolzen 13 auf die Oberfläche eines der zu messenden Werkstücke 35, so stellt sich ein Spielraum S entsprechend der Abmessung des Werkstückes ein. Gelangt der Tastbolzen 13 in eine Vertiefung zwischen den Oberflächen der zu messenden Werkstücke 35, so schwenkt der Messfühler 1 bis zum Anschlag der Prallplatte' 15 gegen die Stirnfläche der Messdüse 7. Das auf die Vertiefung folgende Werkstück 35 betätigt den Messfühler 1 und hebt den Tastbolzen 13 auf die Bearbeitungsoberfläche. Dabei gleitet die Platte 17 zwischen den Anschlägen 20 und 23, indem sie die von der Spannkraft der Feder 19 verursachte Reibung überwindet, und zwischen der Prallplatte 15 und der Messdüse 7 stellt sich ein Spielraum S ein, der von der jeweiligen Abmessung der zu kontrollierenden Werkstücke 35 abhängt.
Nach Ablauf der Zeitspanne t (Fig. 4) schaltet der Schalter 30 (Fig. 1), betätigt durch den Nocken 33 der Nockenscheibe 27, das elektromagnetische Ventil 9 ein. Letzteres verbindet die Leitung 5 mit dem Messund Steuergerät 3 (hier ein pneumatisches Manometer), in dem sich ein Messdruck einstellt, der von der zu kontrollierenden Abmessung der Werkstücke bestimmt ist. Nach Ablauf der Zeitspanne t5 (Fig. 4), die zur Einstellung des Messdruckes im Manometer erforderlich ist, unterbricht das elektromagnetische Ventil 9 (Fig. 1) die Luftzufuhr zum Manometer. Die Zeitspanne t5 (Fig. 4) ist durch die Breite b2 (Fig. 2) !des Nockens 33 der Nockenscheibe 27 bestimmt. Die Versetzung der Nocken 32 und 33 der Nockenscheiben 28 und 27 gegeneinander entspricht der Zeitspanne t2.
Nach Ablauf der Zeitspanne t4 (Fig. 4) schaltet der Schalter 31 (Fig. 1) infolge Betätigung durch den Nokken 32 den Elektromagnet 2 ein und der Arbeitsablauf wiederholt sich.
Nachdem das Sollmass der Werkstücke erhalten ist, erteilt das Mess- und Steuergerät 3 entweder den Befehl zur Änderung der Bearbeitungsarten oder zum Rückzug der Schleifscheibe 36.
Im Vergleich zu den bekannten Einrichtungen bestehen die Vorzüge der erfindungsgemässen Längenmesseinrichtung darin, dass sie universeller verwendbar ist, da bei ihr die Gestalt der zu messenden Werkstücke, ihre Anordnung auf dem Tisch der Werkzeugmaschine sowie die Geschwindigkeit des Werkstückvorschubes bei der Bearbeitung nicht wesentlich ist.
Bei ihrem Betrieb ist es nicht erforderlich, dass sich der Messfühler nur auf die zu messende Werkstückoberfläche senkt, da im Augenblick der Freigabe des Messfühlers das Mess- und Steuergerät vom Fühler abgeschaltet ist.
Da der Messfühler nach dem Absenken blockiert und darauf, falls er in den Bereich der Vertiefung gelangt, durch den anlaufenden Vorsprung des nächstfolgenden Werkstückes auf die zu messende Oberfläche angehoben wird, ist es belanglos, wie gross die Abstände zwischen den zu messenden Abschnitten der Oberfläche bzw. die Abstände zwischen den zu messenden Werkstücken sind. Dabei ist auch die Vorschubgeschwindigkeit der Werkstücke in bezug auf den Messfühler bedeutungslos. Es ist lediglich wichtig, dass das Einschalten des Mess- und Steuergerätes nach einer Zeitdauer vom Augenblick des Absenkens des Messfühlers erfolgt, die grösser ist als die Zeit für das Durchlaufen des Messfühlers für die grösste Ausdehnung der Vertiefungen zwischen den zu messenden Oberflächenteilen in der Vorschubrichtung.
Dies bedeutet, dass das elektromagnetische Ventil die Verbindung zwischen dem pneumatischen Messystem und dem Mess- und Steuergerät so lange unterbricht, bis der Messfühler durch den Werkstückvorsprung auf die zu messende Oberfläche gehoben wird, was sich leicht durch eine entsprechende gegenseitige Einstellung der Nocken des Programmsteuergerätes verwirklichen lässt.
Wie gesagt, wird der blockierte Messfühler durch den Werkstückvorsprung auf die zu messende Oberfläche gehoben. Das Einschalten des Mess- und Steuergerätes ist nicht von der Verweildauer des Messfühlers auf der zu messenden Oberfläche abhängig, sondern erfolgt mit einer bestimmten Periodizität; dadurch können mit einer solchen Einrichtung Oberflächenteile ganz geringer Ausdehnung, z. B. die schmalen Fasenflächen von Bohrern und Reibahlen, die Breite von Lagerringen usw. bei der Bearbeitung Idieser Werkstücke auf Planschleifmaschinen gemessen werden.
Da der Messfühler während des Vorschubes in bezug auf das zu messende Werkstück bzw. die Werkstücke blokkiert ist und nicht durch die Messkralt an die Oberfläche gepresst wird, ist er einem geringeren Verschleiss als ein auf der Messoberfläche gleitender Fühler bekannter Längenmesseinrichtungen dieser Art unterworfen.
Die hier beschriebene Einrichtung besitzt ein pneumatisches Messystem. Eine erfindungsgemässe Einrichtung kann aber auch ohne weiteres mit einem induktiven oder kapazitiven Messystem ausgeführt werden.
Als Mittel zum Blockieren des Messfühlers kann nicht nur ein Elektromagnet, sondern auch eine andere bekannte, beispielsweise pneumatische Einrichtung, verwendet werden.