CH617264A5 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Profilmesstaster nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Mit derartigen Einrichtungen wird ein Messsignal erzeugt, das an jeder Stelle proportional ist den Abweichungen zwischen einer ebenen Bezugskurve und einer Prüflingskontur. Dazu fährt der Messkopf in bekannter Weise die Bezugskurve ab, während das Tastende des Län-genmesstasters durch eine Messkraft in ständiger Anlage an den Prüfling gehalten wird. Insbesondere werden so unmittelbar die Massabweichungen zwischen einer Soll-Profilform und der Ist-Profilform eines Werkstückes gemessen. Die Messrichtung des Profilme§stasters muss dabei steuerbar veränderlich sein, wenn die Abweichungen an jedem beliebig gekrümmten Profil nach einer bestimmten Gesetzmässigkeit zum Beispiel immer senkrecht zum Sollprofil erfasst werden sollen.

Diese Einrichtungen sind zu unterscheiden von jenen,

deren Messkopf statt des Sollprofils selbsttätig dem Istprofil am Prüfling folgt und dieses dabei koordinatenmässig erfasst. Die Massabweichungen werden dann rechnerisch gegenüber dem gespeicherten Sollprofil ermittelt. Der dabei eingesetzte Taster dient lediglich als Fühlglied für die notwendige Folgesteuerung des Messkopfes. Er gibt jeweils solange ein Signal, bis der Messkopf mit seinem Bezugspunkt das Istprofil erreicht hat.

Es sind Messeinrichtungen gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt, die beim Abfahren des Sollprofils einen einfachen Wegaufnehmer mittels Kurvensteuerung ständig in die gewünschte Messrichtung drehen. Nachteilig ist, dass hierfür sehr genaue Meisterkurven erforderlich sind, die für jedes Messproblem mit grossem Aufwand neu erstellt werden müssen.

Ferner gibt es Messköpfe, insbesondere an grossen Messmaschinen, die sich steuerbar um eine Achse drehen können. Wird an ihnen ein einfacher Profilmesstaster befestigt, lässt sich beim Abfahren einer Kontur in der zugehörigen Ebene senkrecht zur Drehachse jede gewünschte Messrichtung ansteuern. Abgesehen von dem sehr grossen Aufwand solcher Anlagen kann dieser Messaufbau in folgenden Fällen nicht angewendet werden:

Sollen kleine, im wesentlichen hohle Werkstückkonturen wie Zahnlücken oder Nutprofile vollkommen ausgemessen werden, ändert sich die Messrichtung über einen sehr grossen Bereich, und die Drehachse des Messkopfes müsste dicht an das Lückenprofil heran- oder sogar hineingebracht werden.

Diese Forderung ist aus Platzgründen grundsätzlich nicht zu erfüllen, wenn sich der ganze Taster in der Messebene befindet, weil er dann wesentlich kleiner sein müsste als das zu messende Lückenprofil. Häufig wird daher in solchen Fällen ein Winkeltaster eingesetzt, der nur mit seinem Tastende in die Messebene hineinragt, oder es wird ein Hebel zwischengeschaltet, um mit dem Taster in einer Parallelebene zur Messebene auszuweichen. Aber auch diese Lösungen sind unbrauchbar, wenn sich das Werkstückprofil senkrecht zur Messebene sehr weit erstreckt, so dass der Messaufbau zu labil würde und die gewünschte Messsicherheit nicht zu erreichen ist, oder wenn das Profil in der genannten Richtung gar nicht zugänglich ist, weil es beispielsweise sehr stark verwunden ist.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Profilmesstaster mit steuerbar veränderlicher Messrichtung zu entwickeln, der im wesentlichen in der Messebene anzuordnen ist und in einem Messvorgang ebene hohlförmige Werkstückkonturen ausmessen kann, die kleiner sind als der gesamte Messtaster. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit einem in der Messebene liegenden Tasthebel mit kreisförmig ausgebildetem, am zu messenden Werkstück anzulegendem Tastende gelöst, der erstens in einem zweiwertigen Gelenk unmittelbar am Messkopf gelagert ist, welches eine Verschiebung des Tastendes in der Messebene in beliebiger Richtung zulässt, der zweitens mit seinem anderen Ende an einer Geradführung angelenkt ist, die ihrerseits auf einer Scheibe sitzt und um eine senkrecht zur Messebene stehende Achse um beliebige Winkel drehbar am Messkopf befestigt ist, und der drittens an seinem Anlenkpunkt mit einer Messkraft beaufschlagt ist, die in Richtung der Geradführung wirkt, wobei die Verschiebung des Anlenkpunktes mit einem an der Scheibe befestigten Wegaufnehmer messbar ist.

Die Wirkungsweise des beanspruchten Profil-Messtasters besteht darin, dass sich bei Drehung der Geradführung die

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Messrichtung am kreisförmigen Tastende gleichsam um eine Geraden in Messrichtung bewegt und dass das Hebelverhältnis Achse senkrecht zur Messebene dreht, die durch den Mittel- nicht genau 1 :1 bleibt, sind vernachlässigbar, da von der punkt des Tastendes in seiner Nullage geht. Es muss also nicht Anwendung des erfindungsgemässen Profilmesstasters her der mehr der gesamte Taster in die gewünschte Messrichtung maximale Messausschlag sehr klein gegenüber der Länge des gedreht werden. Daher kann das Tastende und damit die Dreh- s tasthebels ist.

achse nun ohne Platzschwierigkeiten in das zu prüfende Lük- Bei der zweiten Lösung ist das zweiwertige Gelenk als kenprofil geschoben werden, erforderlichenfalls sogar bis in Kreuzführung ausgebildet. Sie bewirkt, dass sich der Tasthebel den Grund. Die übrigen Elemente des erfindungsgemässen in der Messebene nur parallel zu sich selbst verschieben kann. Tasters liegen ausserhalb des Lückenprofils, aber in unmittelba- Die Richtung der Verschiebung, also die Messrichtung, ist bei rer Nähe der Messebene, in der der Tasthebel liegt. Daraus io dieser Lösung gleich der Richtung der Geradführung. Ebenso ergibt sich ein stabiler und relativ zur Messaufgabe einfacher mUss auch der Betrag des Messausschlages immer exakt gleich Aufbau. der Verschiebung des Anlenkpunktes in der Geradführung

Beim Prüfvorgang fährt der Zweikoordinaten-Messkopf in sein. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der zweiten Lösung sieht bekannter Weise programmgesteuert Punkt für Punkt einer vor, dass bei unausgelenktem Tasthebel sein Anlenkpunkt in Bezugskurve ab. Dabei dreht vorzugsweise ein Schrittmotor is der Geradführung nicht mit der Drehachse zusammenfällt, son-die Geradführung nach einer in das zugehörige Programm ein- dern um den Betrag des Radius seines kreisförmig ausgebildezugebenden Gesetzmässigkeit jeweils so, dass sich die gefor- ten Tastendes versetzt dazu angeordnet ist, und zwar genau derte Messrichtung am Tastende einstellt. Im allgemeinen muss entgegengesetzt zur Richtung der Messkraft. Diese Massin jedem Punkt senkrecht zum Sollprofil gemessen werden. nähme bewirkt, dass die vom Zweikoordinaten-Messkopf abzu-

Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemässen Mess- 20 fahrende Bezugskurve unmittelbar dem Sollprofil entspricht tasters sieht vor, dass bei unausgelenktem Tasthebel sein und dass nicht auf eine Äquidistante umgerechnet werden

Anlenkpunkt in der Geradführung mit der Drehachse der muss.

Geradführung zusammenfällt. Beim Abfahren eines Prüflings Die zweite Lösung kann schliesslich noch so weitergebildet mit fehlerfreiem Profil verschiebt sich demnach der Tasthebel sein( dass die drehbare Geradführung und die Kreuzführung in trotz Drehung der Geradführung, also wechselnder Messrich- 25 Ebenen parallel zur Messebëne übereinander angeordnet sind, tung, nicht aus seiner Nullage, und es können daher auch keine so dass bei unausgelenktem Tasthebel sein Anlenkpunkt über Abweichungen angezeigt werden. Die abzufahrende Bezugs- dem Kreuzungspunkt der Kreuzführung liegt.

kurve ist dann die Äquidistante zum Sollprofil. Diese ergibt sich Dämit ergibt sich der grosse Vorteil, dass bei gleicher Bauaus dem Radius des kreisförmigen Tastendes und kann durch grosse des Messtasters das Drehmoment, das aufgrund der die Programmsteuerung des Zweikoordinaten-Messkopfes 30 Messkraft am Tasthebel wirkt, über grosse Führungslängen ohne weiteres verwirklicht werden. abgestützt werden kann. Ausserdem lässt sich mit dieser Mass-

Beim Abfahren eines fehlerhaften Profils muss sich das nähme eine bessere Übertragung in den bewegten Messglie-Tastende in Messrichtung verschieben, um in ständiger Anlage dern erreichen, weil eine gewisse Reibung in den Führungen mit dem Prüfling zu bleiben. Dazu muss sich der Anlenkpunkt unvermeidlich ist, die Messkraft aber zentral dazu angreift, des Tasthebels in Richtung der Geradführung aus seiner Nul- 35 Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der läge verschieben. Das ist erfindungsgemäss besonders vorteil- beigefügten Zeichnungen noch näher erläutert. Dabei handelt haft gelöst, weil trotz beliebiger Drehstellung der Geradfüh- es sich um schematische Darstellungen der wichtigen Funk-rung die Messkraft immer in Btewegungsrichtung des Tasthe- tionselemente, die konstruktiv nach den Erfordernissen der bel-Anlenkpunktes innerhalb der Geradführung auf den Tasthe- Messtechnik anders auszubilden sind, wie zum Beispiel die bei wirkt. 40 Messuhr, die als Symbol für einen Wegaufnehmer dient, oder

Da der Betrag der Verschiebung des Anlenkpunktes in der die Lagerungen und Führungen, die spielfrei und reibungsarm Geradführung bei weiterer Ausgestaltung des erfindungsge- sein müssen. Es zeigen:

mässen Profilmesstasters gleich ist dem Messausschlag des Fig. 1 : Schematische Darstellung eines Profilmesstasters

Tastendes, kann er unmittelbar in der Geradführung gemessen mit Dreh-Schub-Gelenk,

werden, wozu sich die bekannten berührungslosen induktiven 45 Fig. 2 : Schematische Darstellung eines Profilmesstasters oder digitalen Wegaufnehmer einsetzen lassen. mit Kreuzführung,

Für die Ausbildung des zweiwertigen Gelenks sind zwei Fig. 3 : Schematische Darstellung eines Profilmesstasters unterschiedliche Lösungen vorgesehen. Die erste geht davon gemäss Fig. 2, jedoch mit Überlagerung von Kreuzführung und aus, dass das zweiwertige Gelenk ein Dreh-Schub-Gelenk ist, drehbarer Geradführung.

dessen Drehachse senkrecht zur Messebene zwischen der 50 In Fig. 1 ist - wie auch in den übrigen Figuren - die Zeichen-Geradführung und dem Tastende angeordnet ist, und dessen ebene gleich der Messebene des Profilmesstasters, deren Nei-Schubachse mit der Verbindungslinie zwischen dem Anlenk- gUng in bekannter Weise durch die Bewegungsmöglichkeiten punkt in der Geradführung und dem Mittelpunkt des Tastendes des Zweikoordinaten-Messkopfes vorgegeben wird. Ein in die-zusammenfällt. Der in der Messebene liegende Tasthebel folgt Ser Messebene liegender Tasthebel (1) mit kreisförmig ausge-dann in seiner Kinematik im wesentlichen den Gesetzen eines 55 bildetem Tastende (2) ist in einem zweiwertigen Gelenk (3) auf zweiarmigen Hebels. Zwischen der Messrichtung am Tastende einer Grundplatte (10) gelagert, die starr an dem nicht weiter und dem zugehörigen Drehwinkel der Geradführung besteht dargestellten Messkopf befestigt ist. Das zweiwertige Gelenk also der Zusammenhang, dass von einer gemeinsamen Bezugs- (3) ist ein Dreh-Schub-Gelenk, weil der Tasthebel (1) von einem richtung aus die Winkel entgegengesetzt gleich sind. Gelenkstück (9) geführt wird, das eine Verschiebung des Tast-

Bei weiterer vorteilhafter Ausgestaltung dieser ersten 6o hebels in der Messebene entlang der Achse (8) zulässt und das Lösung ist die Länge des Tasthebels zwischen dem Anlenk- sich selbst in der Grundplatte (10) drehen kann, wobei die Drehpunkt in der Geradführung und dem Mittelpunkt des Tastendes achse (7) auf der Messebene senkrecht steht. Der Tasthebel doppelt so gross wie der Abstand zwischen der Drehachse der (l) ist ausserdem im Anlenkpunkt (6) drehbar an einer Stange Geradführung und der Drehachse des Dreh-Schub-Gelenks. (11) befestigt. Sie bildet zusammen mit Lagerhülsen (12,13)

In jeder Messrichtung ist dann der Messausschlag des 65 eine Geradführung (4) und sitzt auf einer Scheibe (14), die um Tastendes gleich der Verschiebung des Anlenkpunktes in der eine zur Messebene senkrechte Achse (5) drehbar auf der Geradführung. Die geringen Abweichungen, die sich dadurch Grundplatte (10) gelagert ist. Eine Druckfeder (15) zwischen ergeben, dass sich das Tastende nicht immer exakt auf einer der Lagerhülse (13) und einem Bund an der Stange (11) erzeugt

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eine Messkraft in Richtung der Geradführung (4). Die Verschiebung der Stange (11) wird mit einer Messuhr (16) gemessen, die ebenfalls an der Scheibe (14) befestigt ist.

Ausser dem Profilmesstaster ist in der Fig. 1 das Istprofil (17) eines Werkstückes abgebildet, an dem das Tastende (2) 5 anliegt. Da das Istprofil (17) an dieser Stelle vom Sollprofil (18) abweicht, hat sich das Tastende (2) in Messrichtung um den Messausschlag (20) aus seiner Nullage (21) verschoben. Die geforderte Messrichtung ist hier gegeben durch die Normale (22) zum Sollprofil (18) und bildet mit einer Bezugsrichtung (23) io den Winkel a. Am Profilmesstaster ist die Messrichtung durch Drehung der Scheibe (14) mit der Geradführung (4) um den Winkel —a von der Bezugsrichtung (23) eingestellt worden. Zum Messausschlag (20) gehört eine gleich grosse Verschiebung (24) der Stange (11), die an der Messuhr (16) abzulesen ist. is Um zum nächsten Messpunkt zu gelangen, verfährt der Zweikoordinaten-Messkopf und damit der Mittelpunkt des Tastendes (2) entlang der Aquidistanten (19) zum Sollprofil (18). Gleichzeitig wird die Scheibe (14) entsprechend der neuen Messrichtung gedreht. Dieser Funktionsablauf zeigt, wie mit 20 einem erfindungsgemässen Profilmesstaster mit steuerbar veränderlicher Messrichtung in Verbindung mit bekannten elektronischen Hilfsgeräten eine Profilmessung einfach und sicher durchgeführt wird.

In Fig. 2 ist ein Profilmesstaster dargestellt, bei dem 25

gegenüber Fig. 1 das zweiwertige Gelenk (3) als Kreuzführung ausgebildet ist. Der Tasthebel (1) wird in einem Gelenkstück (25) geführt, das wieder eine Verschiebung des Tasthebels in der Messebene entlang der Achse (8) zulässt, das sich aber auf der Grundplatte (10) selbst noch entlang einer Achse (26) ver- 30 schieben kann, die in der Messebene liegt und senkrecht zur

Achse (8) verläuft. Ausserdem fällt in der Nullage (21) des Tasthebels (1) sein Anlenkpunkt (6) nicht mit der Drehachse (5) von Scheibe (14) zusammen, sondern ist um den Betrag des Radius seines kreisförmig ausgebildeten Tastendes (2) versetzt dazu angeordnet.

Daraus folgt, dass jede Verschiebung des Tasthebels parallel zu seiner Nullage (21) erfolgt, dass die Messrichtung am Tastende (2) gleich ist mit der Richtung der Geradführung (4), dass die Länge des Tasthebels (1) keinen Einfluss auf die Messung hat und dass in diesem Fall der Messkopf das Sollprofil abfahren muss, damit bei unausgelenktem Tasthebel der momentane Berührungspunkt am Tastende auch das Sollprofil beschreibt.

Bei dem Profilmesstaster nach Fig. 3 ist der Tasthebel (1) starr an einem ersten Schlitten (30) befestigt, der sich in Richtung der Achse (8) in einem zweiten Schlitten (31) verschieben lässt. Dieser zweite Schlitten läuft entlang der Achse (26), senkrecht zum ersten Schlitten und ebenfalls in einer Ebene parallel zur Messebene, auf der mit entsprechenden Führungen (32) versehenen Grundplatte (10). An der Grundplatte ist wieder, in diesem Fall von unten, die drehbare Geradführung (4) befestigt. Der Tasthebel (1) ist mit der Stange (11) der Geradführung durch einen Bolzen (33) verbunden, weshalb der Schlitten (31) und die Grundplatte (10) entsprechende Durchbrüche (34,35) aufweisen.

Entscheidend ist bei dieser Ausführung, dass das zweiwertige Gelenk, welches als Kreuzführung von den beiden Schlitten (30,31) gebildet wird, über der Geradführung liegt und der Kreuzungspunkt der Achsen (8) und (26) mit dem Bolzen (33) zusammenfällt, wenn sich der Tasthebel in seiner Nullage (21) befindet.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

617264 PATENTANSPRÜCHE

1. Profilmesstaster mit steuerbar veränderlicher Messrichtung, der zusammen mit einem Zweikoordinaten-Messkopf zur Abtastung eines Werkstückprofils in einer bestimmten Messebene eingesetzt wird, gekennzeichnet durch einen in der Messebene liegenden Tasthebel (1) mit kreisförmig ausgebildetem, am zu messenden Werkstück anzulegendem Tastende (2), der erstens in einem zweiwertigen Gelenk (3) unmittelbar am Messkopf (10) gelagert ist, welches eine Verschiebung des Tastendes (2) in der Messebene in beliebiger Richtung zulässt, der zweitens mit seinem anderen Ende (6) an einer Geradführung (4) angelenkt ist, die ihrerseits auf einer Scheibe (14) sitzt und um eine senkrecht zur Messebene stehende Achse (5) um beliebige Winkel drehbar am Messkopf (10) befestigt ist, und der drittens an seinem Anlenkpunkt (6) mit einer Messkraft (15) beaufschlagt ist, die in Richtung der Geradführung wirkt, wobei die Verschiebung des Anlenkpunktes (6) mit einem an der Scheibe (14) befestigten Wegaufnehmer (16) messbar ist.

2. Profilmesstaster nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Drehung der Geradführung (4) ein programmgesteuerter Schrittmotor vorgesehen ist.

3. Profilmesstaster nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei unausgelenktem Tasthebel (1) sein Anlenkpunkt (6) an der Geradführung (4) mit der Drehachse (5) der Geradführung zusammenfällt.

4. Profilmesstaster nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweiwertige Gelenk (3) ein Dreh-Schub-Gelenk ist, dessen Drehachse (7) senkrecht zur Messebene zwischen der Geradführung (4) und dem Tastende (2) angeordnet ist, und dessen Schubachse (8) mit der Verbindungslinie zwischen dem Anlenkpunkt (6) an der Geradführung und dem Mittelpunkt des Tastendes (2) zusammenfällt.

5. Profilmesstaster nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Tasthebels (1) zwischen dem Anlenkpunkt (6) an der Geradführung und dem Mittelpunkt des Tastendes (2) doppelt so gross ist wie der Abstand zwischen der Drehachse (5) der Geradführung (4) und der Drehachse (7) des Dreh-Schub-Gelenks (3).

6. Profilmesstaster nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweiwertige Gelenk (3) als Kreuzführung (25) ausgebildet ist.

7. Profilmesstaster nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei unausgelenktem Tasthebel (1) sein Anlenkpunkt (6) an der Geradführung (4) nicht mit deren Drehachse (5) zusammenfällt, sondern um den Betrag des Radius seines kreisförmig ausgebildeten Tastendes (2) versetzt dazu angeordnet ist, und zwar entgegengesetzt zur Richtung der Messkraft (15).

8. Profilmesstaster nach Patentanspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die drehbare Geradführung (4) und die Kreuzführung (30,31) in Ebenen parallel zur Messebene übereinander angeordnet sind, so dass bei unausgelenktem Tasthebel (1) sein Anlenkpunkt (33) über dem Kreuzungspunkt der Kreuzführung liegt.