CH639753A5

CH639753A5 - Measuring device for measuring diameters of cylindrical bores

Info

Publication number: CH639753A5
Application number: CH819679A
Authority: CH
Inventors: Hans Sigg
Original assignee: Meseltron Sa
Priority date: 1979-09-11
Filing date: 1979-09-11
Publication date: 1983-11-30
Also published as: IT1132734B; IT8024576A0; DE3030877A1; DE3030877C2

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Messgeräte, insbe- rungsachse, nicht festgestellt werden können, z.B. durch ein sondere der elektrischen Messgeräte zur Messung von Durch- Drehen der Messgeräte in der Bohrung. The invention relates to the field of measuring devices, in particular the axis of rotation, which cannot be determined, e.g. through a special one of the electrical measuring devices for measuring the turning of the measuring devices in the bore.

messern zylindrischer Bohrungen. Neben der Zweipunktmessung ist auch die Dreipunktmes-Das Ausmessen von Innendurchmessern geschieht am 40 sung bekannt und wird oft angewendet. In der Messebene beeinfachsten durch eine Zweipunktmessung, bei der der Ab- finden sich dabei zwei, vorzugsweise feste Anschläge, deren stand zweier sich gegenüberliegender Punkte auf der Innenflä- Berührungspunkte mit der Fläche der zu messenden Bohrung che der Bohrung bestimmt wird. Basiseckpunkte eines gleichschenkligen Dreiecks bilden. Die Die Schwierigkeit besteht darin, die Messtaster des Mess- Spitze des Dreiecks wird durch den Berührungspunkt des be-geräts auf sich genau gegenüberliegende Punkte anzusetzen. 45 weglichen Tastbolzens gebildet. Damit lassen sich «Sehnen-Fehler, die dabei entstehen können, sind vor allem durch ein fehler» vermeiden. Um auch noch «Kippfehler» zu unter-Kippen in der Axialebene, «Kippfehler», und durch eine Ver- drücken, ist schon vorgeschlagen worden, in einer von der Schiebung in der zur Achse senkrechten Messebene, «Sehnen- Messebene verschiedenen Ebene, eine weitere Abstützung fehler», bedingt. Ein «Kippfehler» führt zu einem zu grossen, vorzunehmen. Beispielsweise kann das durch 3 feste, konisch ein «Sehnenfehler» zu einem zu kleinen Messergebnis. so ausgebildete Anschläge am Eintritt in die Bohrung gesche- knives of cylindrical bores. In addition to the two-point measurement, the three-point measurement is also known and the inner diameter is measured on the 40 solution and is often used. Simplified in the measuring plane by a two-point measurement, in which the finder finds two, preferably fixed stops, the position of two opposite points on the inner surface contact points with the surface of the bore hole to be measured is determined. Form the base corner points of an isosceles triangle. The difficulty is that the measuring probe of the measuring tip of the triangle is to be placed on exactly opposite points by the point of contact of the device. 45 movable probe pin formed. In this way, “tendon errors that can arise are avoided, above all, by an error”. In order to also "tilt error" under-tilt in the axial plane, "tilt error", and by pressing, it has already been proposed in a plane different from the shift in the measurement plane perpendicular to the axis, "chord measurement plane" further support errors », conditional. A "tilting error" leads to a too large one to make. For example, this can be caused by 3 fixed, conical “tendon errors” leading to a measurement result that is too small. stops so formed at the entry into the bore

Verschiedene Hilfsvorrichtungen sind bekannt, um diese hen. Dies ergibt nur bei einer senkrechten Stirnfläche mit ei- Various auxiliary devices are known to hen these. This only results in the case of a vertical end face with a

Fehler zu verkleinern oder zu vermeiden. Ein Messdorn, der ner scharfen Kante ein befriedigendes Ergebnis. To minimize or avoid errors. A measuring mandrel, the sharp edge a satisfactory result.

die beiden Messtaster des Messgerätes trägt, erlaubt eine Verbreitung haben auch Dreipunktmessgeräte mit drei carries the two measuring probes of the measuring device, also allows three-point measuring devices with three

Grobzentrierung. Dies kann auch durch 2 feste oder ver- beweglichen Tastern gefunden. Die synchrone Bewegung der schiebbare Stützbolzen, die in der Messebene angebracht 55 drei Messbolzen geschieht dabei durch eine Umsetzung einer sind, erfolgen. Allerdings wird dadurch nur der «Sehnenfeh- achsialen in eine radiale Bewegung, beispielsweise über einen Rough centering. This can also be found using 2 fixed or movable buttons. The synchronous movement of the sliding support bolts, which are attached to the measurement plane, is done by implementing one. However, this only translates the “tendon axis” into a radial movement, for example over one

1er» klein gehalten. Konus oder ein kegliges Messgewinde. Diese Umsetzung ist 1er »kept small. Cone or a conical measuring thread. This implementation is

Durch eine Ausdehnung in axialer Richtung dieser Stütz- aber reibungsbehaftet und oft schmutzempfindlich und solche bolzen, beispielsweise in Form von ausschwenkbaren Flügeln Messgeräte genügen deshalb höchsten Ansprüchen an Ge- Due to an expansion in the axial direction, these are susceptible to friction and often sensitive to dirt, and such bolts, for example in the form of swing-out wings, measurement devices therefore meet the highest demands on

oder angefederten Schienen, ist es prinzipiell möglich, auch 60 nauigkeit und Reproduzierbarkeit nicht. or sprung rails, it is possible in principle, not even 60 accuracy and reproducibility.

«Kippfehler» zu vermeiden. Doch können Schwierigkeiten Bei der Dreipunktmessung ist der Durchmesser der Boh-mit der Präzision dieser Schienen- oder Flügelführungen, so- rang nicht direkt abgreifbar. Werden zwei feste Anschläge wie beim Ausmessen sehr kleiner Bohrungen entstehen. Eine verwendet, so ändert sich der Zentriwinkel, unter dem die Beweitere, bekannte Möglichkeit besteht darin, dass eine zur rührungspunkte dieser festen Anschläge vom Zentrum der zu Achse senkrechte Fläche als Anschlag für die die Bohrung be- 65 messenden Bohrung aus gesehen werden, bei einer Änderung grenzende Stirnfläche benutzt wird. Bei einer schiefen Stirn- des Durchmessers der Bohrung. Der Ausschlag des beweg-fläche wird hier jedoch ein «Kippfehler» erzeugt und auch ein liehen Tastbolzens ist somit nicht gleich der Änderung des «Sehnenfehler» ist nicht sicher unterdrückt. Durchmessers. Dreipunktgeräte benötigen somit eine Einstel- Avoid «tipping errors». However, difficulties can arise during the three-point measurement, so the diameter of the Boh-with the precision of these rail or wing guides cannot be grasped directly. If two fixed stops are created as when measuring very small bores. If one is used, the central angle changes, under which the further known possibility consists in that a point at the points of contact of these fixed stops is seen from the center of the surface perpendicular to the axis as a stop for the hole measuring the hole, at one Change bordering face is used. If the diameter of the bore is oblique. However, the deflection of the moving surface creates a "tilting error" and even a lying probe pin is not the same as changing the "tendon error" is not reliably suppressed. Diameter. Three-point devices therefore require an adjustment

3 3rd

639 753 639 753

lung mit Normalringen und solche mit zwei festen Anschlägen zusätzlich eine Kompensation des Übertragungsfaktors, der zudem bei grösseren Messbereichen nicht konstant ist, was zu einer nicht linearen Kennlinie führt. Auch der Krümmungsradius der festen Anschläge beeinflusst diesen Übertragungsfaktor in geringem Masse. tion with normal rings and those with two fixed stops, additional compensation of the transmission factor, which is also not constant for larger measuring ranges, which leads to a non-linear characteristic. The radius of curvature of the fixed stops also influences this transmission factor to a small extent.

Die Erfindung hat ein kompaktes, möglichst einfaches, sehr präzises Messgerät mit elektrischem Ausgangssignal zum Ziel, bei dem sowohl «Sehnenfehler» wie auch «Kippfehler» vermieden werden, das gestattet, Unrundheit wie Ovalitäten und Gleichdick, sowie krumme Bohrungsachsen festzustellen und dessen Genauigkeit und Reproduzierbarkeit nicht durch Rückwirkungen eines elektrischen Kabels auf die Messkraft beeinträchtigt werden. The aim of the invention is a compact, as simple as possible, very precise measuring device with an electrical output signal, in which both "chord errors" and "tilting errors" are avoided, which allows to determine out-of-roundness such as ovalities and uniform thickness, as well as curved bore axes and their accuracy and reproducibility are not affected by the effects of an electrical cable on the measuring force.

Dies wird erfmdungsgemäss dadurch erreicht, dass das Gerät ein Gehäuse, einen angenähert zylinderförmigen Messdorn mit vier festen Anschlägen, von denen je zwei auf derselben Mantellinie des dem Messdorn angenähert bildenden Zylinders liegen, einen Messwandler und einen beweglichen Messarm mit Messtaster auweist, wobei der Messwandler starr mit dem Gehäuse verbunden ist, an welchem der Messdorn auswechselbar befestigt ist, der Messdorn eine Aussparung für einen Teil des Messarms aufweist, der Messarm drehbeweglich im Gehäuse gelagert ist, einen Hebelarm aufweist, der in die Aussparung des Messdorns ragt und mit einer Messkraft beaufschlagt ist, die den Messtaster in Richtung vom Messdorn weg drückt, derart, dass beim in eine Bohrung eingesetzten Messdorn der Messtaster und die vier festen Anschläge des Messdorns zur Zentrierung an die Bohrungsinnenwand angedrückt werden. This is achieved according to the invention in that the device has a housing, an approximately cylindrical measuring mandrel with four fixed stops, two of which lie on the same surface line of the cylinder approximately forming the measuring mandrel, a measuring transducer and a movable measuring arm with measuring probe, the measuring transducer being rigid is connected to the housing to which the measuring mandrel is exchangeably fastened, the measuring mandrel has a recess for part of the measuring arm, the measuring arm is rotatably mounted in the housing, has a lever arm which projects into the recess of the measuring mandrel and is subjected to a measuring force , which pushes the measuring probe in the direction away from the measuring mandrel, such that when the measuring mandrel is inserted into a bore, the measuring probe and the four fixed stops of the measuring mandrel are pressed against the inner wall of the bore for centering purposes.

Eine besondere Ausführungsform sowie weitere nützliche Eigenschaften erfindungsgemässe Messgeräten werden anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. A particular embodiment and further useful properties of measuring devices according to the invention are explained with the aid of the accompanying drawings.

Es zeigen Show it

Figur 1 schematisch den Aufbau im Schnitt eines Messgerätes und Figure 1 shows schematically the structure in section of a measuring device and

Figur 2 einen Querschnitt durch den Messdorn des Ausführungsbeispiels der Figur 1. FIG. 2 shows a cross section through the measuring mandrel of the exemplary embodiment in FIG. 1.

Das Gehäuse 1 trägt einen an sich bekannten Messwandler 2, dessen Stössel 3 verschiebbar ist. Jeder Lage des Stössels entspricht ein elektrisches Signal, das über das Kabel 4 abgreifbar ist. Im Gehäuse 1 ist ferner der Messarm 5 drehbar gelagert. Vorzugsweise wird als Lager ein Kreuzfedergelenk 6 verwendet, welches in der Zeichnung dargestellt ist. Solche Gelenke gestatten kleine Drehbewegungen mit genauer Führung ohne Spiel, Reibung und Abnützung auszuführen. Der Messarm 5 ist im dargestellten Beispiel mit zwei Hebelarmen ausgeführt, wovon der eine den Messtaster 7 trägt. Der andere Hebelarm 8 liegt am Stössel 3 des Messwandlers auf und wird durch eine im Gehäuse abgestützte Messkraftfeder 9 belastet. The housing 1 carries a known transducer 2, the plunger 3 of which is displaceable. Each position of the plunger corresponds to an electrical signal that can be tapped via the cable 4. The measuring arm 5 is also rotatably mounted in the housing 1. A cross spring joint 6, which is shown in the drawing, is preferably used as the bearing. Such joints allow small rotary movements with precise guidance to be carried out without play, friction and wear. The measuring arm 5 is designed in the example shown with two lever arms, one of which carries the probe 7. The other lever arm 8 rests on the plunger 3 of the transducer and is loaded by a measuring force spring 9 supported in the housing.

Der den Messtaster 7 tragende Hebelarm greift in eine Aussparung des am Gehäuse befestigten Messdorns 10. Diese Befestigung ist lösbar, so dass Messdorne verschiedener Grössen wahlweise benutzt werden können. Die relative Lage des Messdornes zum Gehäuse 1 darf im Betrieb nicht verändert werden. Um dies sicherzustellen, sind geeignete Befestigungsund Positionsmittel vorgesehen, die nicht dargestellt sind, da übliche, jedem Fachmann bekannte Maschinenelemente verwendet werden können. The lever arm carrying the probe 7 engages in a recess in the measuring mandrel 10 attached to the housing. This fastening can be released, so that measuring mandrels of different sizes can be used optionally. The relative position of the measuring mandrel to housing 1 must not be changed during operation. To ensure this, suitable fastening and positioning means are provided, which are not shown, since conventional machine elements known to a person skilled in the art can be used.

5 5

Der Messdorn 10 trägt vier feste Anschläge 11, von denen in Figur 1 deren zwei angedeutet sind. Vorzugsweise bestehen diese Anschläge aus sphärisch ausgebildeten Hartmetalleinsätzen. The measuring mandrel 10 carries four fixed stops 11, two of which are indicated in FIG. 1. These stops preferably consist of spherically formed hard metal inserts.

io Je zwei Anschläge sind in achsialer Richtung übereinander angeordnet, d.h. liegen auf derselben Mantellinie. io Two stops are arranged one above the other in the axial direction, i.e. lie on the same surface line.

Wird der Messdorn in eine ideal-zylindrische Bohrung gesteckt und die vier Anschläge zum Anliegen an die Bohrungsinnenwand gebracht, so ist die Achse des Messdorns parallel i5 der Bohrungsachse, wobei diese beiden Achsen in einer Ebene liegen, welche die Symmetrieebene beider durch die Anschläge bestimmten Mantellinien ist. Dadurch wird sowohl ein «Kippfehler» wie auch ein «Sehnenfehler» vermieden. If the measuring mandrel is inserted into an ideally cylindrical bore and the four stops are brought into contact with the inner wall of the bore, the axis of the measuring mandrel is parallel to the bore axis, whereby these two axes lie in a plane that defines the plane of symmetry of both surface lines determined by the stops is. This prevents both a "tilting error" and a "tendon error".

In manchen Fällen genügt die durch die Messkraftfeder 9 20 auf den Messarm 5 ausgeübte Kraft, welche den Messtaster 7 und dadurch auch die Anschläge 11 an die Bohrungsinnenwand andrückt, um eine sichere Anlage aller Anschläge und somit die gewünschte Zenrierung zu erhalten. Andernfalls können, wie in Figur 1 angedeutet, ein oder mehrere zusätz-25 liehe Andrückelemente 12 vorgesehen werden, welche in der Nähe des Messtasters am Messdorn befestigt sind. Sie können beispielsweise je aus einer federbelasteten Kugel bestehen. In some cases, the force exerted on the measuring arm 5 by the measuring force spring 9 20, which presses the probe 7 and thereby also the stops 11 against the inner wall of the bore, is sufficient to ensure that all stops and thus the desired centering are securely seated. Otherwise, as indicated in FIG. 1, one or more additional pressure elements 12 can be provided, which are fastened to the measuring mandrel in the vicinity of the measuring probe. For example, they can each consist of a spring-loaded ball.

Um beim Ein- und Ausfahren des Messdorns in der Bohrung weder dessen Innenfläche noch den Messtaster abzunüt-30 zen oder zu beschädigen, kann dieser einziehbar ausgebildet sein. Im Beispiel der Figur 1 ist dazu ein Druckknopf 13, der auf den Hebelarm 8 wirken kann, vorgesehen. In order not to wear or damage the inner surface or the probe when inserting and extending the measuring mandrel in the bore, it can be designed to be retractable. In the example in FIG. 1, a push button 13 that can act on the lever arm 8 is provided for this purpose.

In Figur 2 ist ein Querschnitt durch den Messdorn 10 der Figur 1 in dem Durch I-I gekennzeichneten Schnitt gezeigt. 35 Der geschnittene Messarm 5 in der Aussparung des Messdorns 10 ist dabei ersichtlich, sowie der Messtaster 7 und zwei der vier Anschläge 11. Diese zwei, auf verschiedenen Mantellinien liegenden Anschläge bilden bezüglich des Zentrums der zu messenden Bohrung, die der Nenngrösse des Messdorns 40 entspricht, den Zentriwinkel a. Dieser Winkel a ist vorzugsweise kleiner als 120°, beispielsweise 90°. FIG. 2 shows a cross section through the measuring mandrel 10 of FIG. 1 in the section identified by I-I. 35 The cut measuring arm 5 in the recess of the measuring mandrel 10 can be seen here, as well as the measuring probe 7 and two of the four stops 11. These two stops lying on different surface lines form the center of the bore to be measured, which corresponds to the nominal size of the measuring mandrel 40 , the central angle a. This angle a is preferably less than 120 °, for example 90 °.

Vom Wert von a hängt der Übertragungsfaktor des Messtasters ab, d.h. das Verhältnis zwischen einer Änderung des zu messenden Bohrungsdurchmessers zu der resultierenden Ver-45 Schiebung des Messtasters. Für a = 90° nimmt dieser Faktor den Wert 0,8284 an. The transmission factor of the probe depends on the value of a, i.e. the ratio between a change in the bore diameter to be measured and the resulting displacement of the probe. For a = 90 ° this factor takes the value 0.8284.

Um einen normierten Messwandler benützen zu können, bei dem die Auslenkung des Stössels 3 der Durchmesserände-rung entspricht, kann der Messarm so gebildet werden, dass so sein Übertragungsfaktor denjenigen des Messtasters kompensiert. In order to be able to use a standardized measuring transducer in which the deflection of the plunger 3 corresponds to the change in diameter, the measuring arm can be formed in such a way that its transmission factor compensates for that of the probe.

In Figur 1 sind die Längen der beiden Hebel mit a und b angegeben. Der Faktor bei a = 90° wird dadurch kompensiert, dass a = 0,8284 b oder b = 1,207 a gemacht wird. 55 Diese Kompensation könnte prinzipiell auch mit einem einarmigen Messarm erzielt werden. In Figure 1, the lengths of the two levers are indicated by a and b. The factor at a = 90 ° is compensated for by making a = 0.8284 b or b = 1.207 a. 55 In principle, this compensation could also be achieved with a single-arm measuring arm.

C C.

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

639753 2

PATENT CLAIMS These versions are mentioned, for example, in

1. Measuring device for measurements of cylindrical diameters. "Fundamentals and devices of technical length measuring bores with an electrical output signal", described by G. Berndt, Berlin 1929.

finished, and a housing, an approximately cylindrical measuring- The inner mandrel known under the name MOVOMATIC, which carries four fixed stops, two of which use 5 measuring heads each also use the two-point method, the same surface line of the measuring mandrel approximating- The centering of the bore happens lie through one of the cylinders, a transducer and a moving measuring mandrel, which has four fixed stops and at least one flexible measuring arm with a probe, thereby having a characteristic pressing element. The four stops are each drawn so that the transducer is rigidly attached to the housing in pairs in planes that are connected along the axis to the measuring plane, and that the measuring mandrel is exchangeably attached to the housing on both sides of it. The fact that the measuring mandrel has a cutout for a partial pressing element is usually in the vicinity of the measuring plane of the measuring arm and that the measuring arm is provided such that it can rotate. With a measuring head of this type, a lever arm can be mounted in the housing, which prevents "tilting" and "tendon errors".

Cut-out of the measuring mandrel protrudes and is loaded with a measuring force. In the case of a two-point measurement, two movable ones are opened, which uses the probe in the direction of the measuring mandrel 15 and pushes the measuring device to the electrical path, in such a way that when the measurement result is recorded and transmitted in a hole, it is transmitted and transmitted wears min

Mandrel of the probe and the four fixed stops of which one of the probe pins is part of the transducer, which

An electrical connection is connected to the measuring mandrel for centering on the inner wall of the bore. Also be pressed. meticulous execution transmits this electrical connection

2. Measuring device according to claim 1, characterized in that a force is exerted on the movable, on the probe pin, that the measuring arm has two levers of different lengths. brought part of the encoder and thus on the probe pin

3. Measuring device according to claim 1, characterized, itself. This force can change over time. Exactly that the measuring arm can be rotated by means of a cross spring joint, but measurements are only possible if the measuring force is movably supported in the housing. remains constant. It was found that the influence of

4. Measuring device according to claim 1, characterized in that 25 cables for measurements with a required reproducibility - that a spring-loaded push button is present, e.g. less than 10 ~ 6 is no longer neglected who, when pressed, can pull the lever arm of the measuring arm.

counter to the measuring force into the recess of the measuring mandrel. In an improved embodiment, swiveling was therefore carried out. already used two sensors, the housing of which is fixed

5. Measuring device according to one of claims 1 to 4, characterized 30 are connected to the measuring device, the movable ones being characterized in that the measuring mandrel at least one under Fe parts are each connected to a probe. The reproductive force has a pressing element. Decorability could be improved, but this had to be bought with a more expensive, larger and more complicated construction.

35 For all two-point measuring systems, it also applies that certain dimensional errors in the bore, such as uniform thickness and