DD277512A1

DD277512A1 - METHOD FOR THE RELATIVE MEASUREMENT OF INTERIOR DIAMETERS DIFFERENTLY BIG HOLES OF A WORKPIECE OR A WORKPIECE ASSORTMENT

Info

Publication number: DD277512A1
Application number: DD32232088A
Authority: DD
Inventors: Christian Schwanenberg; Steffen Nestmann
Original assignee: Werkzeugmasch Forschzent
Priority date: 1988-11-29
Filing date: 1988-11-29
Publication date: 1990-04-04

Abstract

Das Verfahren zum relativen Messen der Innendurchmesser unterschiedlich grosser Bohrungen eines Werkstueckes oder eines Werkstuecksortimentes findet Anwendung beim messtechnischen Ueberwachen der spanabhebenden Bearbeitung von Bohrungen mit numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen. Das Messgeraet wird in die Werkzeugspindel einer solchen Maschine automatisch eingewechselt und arbeitet dem maschinenunabhaengigen Messsystem durch maschineninterne Schrittfolgen die Messwerte zu. Hierfuer faehrt das Messgeraet ein Einstellelement an, welches ein Einpunkt-Messelement radial im Messgeraet auf den zu messenden Bohrungsdurchmesser einstellt. Das Messgeraet faehrt daraufhin in ein Messnormal ein und das Messelement nimmt sich gegenueberliegende Soll-Messwerte eines Soll-Durchmessers des Messnormals ab, woraufhin das Messgeraet in die bearbeitete Bohrung einfaehrt und das Messelement sich gegenueberliegende Ist-Messwerte ihres Ist-Durchmessers abnimmt. Nunmehr kann in an sich bekannter Weise aus dem Vergleich von Soll- und Ist-Messwerten der Ist-Durchmesser der gemessenen Bohrung errechnet werden. Hat das Werkstueck mehrere auszumessende Durchmesser, ist auch das Messnormal mit einer entsprechenden Anzahl von Soll-Durchmessern versehen und die Schrittfolge wiederholt sich, bis der letzte Ist-Durchmesser aller bearbeiteten Bohrungen aus dem Vergleich wie angegeben errechnet ist.The method for the relative measurement of the inner diameters of different sized holes of a workpiece or a workpiece assortment is used in metrological monitoring of the machining of holes with numerically controlled machine tools. The measuring device is automatically loaded into the tool spindle of such a machine and works with the machine-independent measuring system by machine-internal step sequences to the measured values. For this purpose, the measuring device drives an adjusting element which adjusts a single-point measuring element radially in the measuring device to the bore diameter to be measured. The measuring device then enters a measuring standard and the measuring element subtracts set reference values of a nominal diameter of the measuring standard, whereupon the measuring device enters the machined bore and the measuring element decreases the actual measured values of its actual diameter. Now, the actual diameter of the measured bore can be calculated in a manner known per se from the comparison of desired and actual measured values. If the workpiece has several diameters to be measured, the measuring standard is also provided with a corresponding number of nominal diameters and the sequence of steps is repeated until the last actual diameter of all machined holes is calculated from the comparison as indicated.

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung ist beim meßtechnischen Überwachen der spanabhebenden Bearbeitung von Bohrungen mit numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen anwendbar.The invention is applicable to the metrological monitoring of the machining of holes with numerically controlled machine tools.

Characteristic of the known state of the art

Die Durchmesserbestimmung einer Bohrung mittels Meßtaster, z.B. nach DE-OS 2927525, unter Nutzung der Positionierbewegung der Maschinenachsen und deren Wegmeßsysteme ist zwar universell, doch für die Qualitätsbearbeitung nicht ausreichend genau. Mit einem Meßtaster können zwar durch Parameteränderungen des NC-Meßprogrammes prinzipiell alle auf der Maschine gefertigten Bohrungen ausgemessen werden, durch Maschinenfehler und Werkstückverschmutzung bedingt, liegt die Meßunsicherheit jedoch zu hoch, so daß sein Einsatz nur für größere Toleranzen vertretbar ist. Der Einsatz von Prüfkalibern, z. B. nach DE-OS 3201977 zur Überwachung von Bohrungen gestattet zwar die Überwachung von Toleranzbreiten, es läßt sicii damit ab'ir nicht das absolute Maß der Abweichung feststellen, was bei der automatischen Fertigung die Voraussetzung für eine Bearbeitungskorrektur ist. Speziell entwickelte Bohrungsmeßgeräte, die taktil, pneumatisch oder induktiv den Durchmesser ermitteln und drahtlos übertragen, haben durch Einsatz maschinenunabhängiger Meßsysteme zwar eine hohe Meßgenauigkeit, verfügen jedoch über einen relativ kleinen Meßbereich. So ist z. B. ein Meßgerät bekannt, das im Werkzeugspeicher gelagert und zum Messen über den automatischen Werkzeugwechsel in die Maschinenspindel eingewechselt wird. Hierbei ist der Meßkopf, der die 3-Punkt-Meßelßinente trägt, von einer Kalibrierhülse umgeben, welche ein Meßnormal darstellt, das beim Einfahren der Meßelemente in. die zu messende Bohrung sich auf dem Meßkopf verschiebt und damit die Meßelemente freigibt. Diese sehr genaue Relativmessung orientiert sich an dem Meßnormal, das auf den zu messenden Durchmesser abgestimmt ist, und es wird dor Ist-Durchmesser der Bohrung aus dem Verhältnis der Bezugswerte errechnet, die zum einon aus dem Normal und zum anderen aus der Bohrung signalisiert werden. Der hiermit erfaßbare Meßbereich ist jedoch sehr kloin. Für die flexible automatische Fertigung besteht somit die Notwendigkeit, eine große Anzahl dieser Meßgeräte für alle im Toilosortiment auftretondon Durchmesser im Werkzeugspeicher unterzubringen, wodurch viele Werkzeugspeicherplätze durch Moßmittol blockiert wordon.The diameter determination of a bore by means of a probe, e.g. to DE-OS 2927525, using the positioning movement of the machine axes and their position measuring systems is indeed universal, but not sufficiently accurate for quality processing. With a probe can indeed be measured by parameter changes of the NC measuring program in principle all holes made on the machine, due to machine failure and workpiece contamination, the measurement uncertainty is too high, so that its use is acceptable only for larger tolerances. The use of test calibers, z. Although, for example, according to DE-OS 3201977 for monitoring boreholes permits the monitoring of tolerance widths, it does not allow the absolute measure of the deviation to be ascertained, which is the prerequisite for a machining correction in automatic production. Specially developed bore gauges, which detect tactile, pneumatic or inductive diameter and transmit wirelessly, have by using machine-independent measuring systems, although a high accuracy, but have a relatively small range. So z. As a measuring device known, which is stored in the tool storage and replaced for measuring on the automatic tool change in the machine spindle. Here, the measuring head, which carries the 3-point Meßelßinente surrounded by a Kalibrierhülse, which represents a Meßnormal that moves when retracting the measuring elements in. The bore to be measured on the measuring head and thus releases the measuring elements. This very accurate relative measurement is based on the Meßnormal, which is tuned to the diameter to be measured, and it is calculated the actual diameter of the bore from the ratio of the reference values, which are signaled to the oneon from the normal and the other from the bore. The hereby detectable range is very kloin, however. Thus, for flexible automated manufacturing, there is a need to accommodate a large number of these meters for all the diameter found in the Toilosortiment in the tool store, which blocks many tool storage locations by means.

Object of the invention

Es ist Ziel der Erfindung, die Relativmessung mit von der Maschine unabhängigem Meßsystem für große Meßbereiche zu erschließen, um mit weniger Meßmitteln für ein Teilesortiment einer flexiblen Fertigung auszukommen und Werkzeugspeicherplätze freizubekommen.It is an object of the invention to develop the relative measurement with independent of the machine measuring system for large measuring ranges in order to get along with less measuring means for a parts assortment of flexible manufacturing and free tool storage areas.

Explanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist, dem maschinenunabhängigen Meßsystem die Meßwerte durch eine maschineninterne Schrittfolge zuzuarbeiten.The object of the invention is to process the measured values by a machine-internal step sequence for the machine-independent measuring system.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das Meßgerät ein Einstellelement anfährt und dieses ein Einpunkt-Meßelement radial im Meßgerät auf den zu messenden Bohrungsdurchmesser einstellt, daß das Meßgerät in das Meßnormal einfährt und das Meßelement sich gegenüberliegende Soll-Meßwerte eines Soll-Durchmessers des Meßnormals abnimmt, daß das Meßgerät in die bearbeitete Bohrung einfährt und das Meßelement sich gegenüberliegende Ist-Meßwerte ihres Ist-Durchmessers abnimmt, daß in an sich bekannter Weise aus dem Vergleich von Soll- und Ist-Meßwerten der Ist-Durchmesser der gemessenen Bohrung errechnet wird und daß diese Schrittfolge an einem Werkstück mit mehreren Meßvorgängen wiederholt wird, bis der letzte Ist-Durchmesser aller bearbeiteten Bohrungen aus dz·,ι Vergleich ihrer Ist-Meßwerte mit den Soll-Meßwerten aller Soll-Durchmesser des einen Meßnormals errechnet ist. Hierbei verschiebt das Einstellelement das Einpunkt-Meßelement radial im Meßgerät. Die sich gegenüberliegenden Meßwerte werden entweder einmalig durch Abtasten der jeweiligen Bohrung auf Umschlag um 180° oder ständig durch Abtasten des gesamten Bohrungsumfanges um 360° abgenommen.According to the invention this is achieved in that the measuring device anfährt a setting and this adjusts a single-point measuring element radially in the meter on the bore diameter to be measured, that the measuring device enters the Meßnormal and the measuring element opposing desired measured values of a nominal diameter of the measuring standard decreases in that the measuring device moves into the machined bore and the measuring element decreases actual values of its actual diameter which are opposite one another, that the actual diameter of the measured bore is calculated in a manner known per se from the comparison of nominal and actual measured values this sequence of steps is repeated on a workpiece with a plurality of measuring operations until the last actual diameter of all machined bores of dz ·, ι comparison of actual measured values of a Meßnormals is calculated with the reference measured values of all the desired diameter. Here, the adjustment member shifts the single-point measuring element radially in the meter. The opposing measured values are decreased either once by scanning the respective bore to envelope by 180 ° or constantly by scanning the entire bore circumference by 360 °.

Indem bei diesem Verfahren das Meßgerät maschinenintern auf den Meßdurchmesser verstellt wird, benötigt es keinen eigenen Verstellantrieb und ist für den automatischen Werkzeugwechsel geeignet. Durch das Verstellen in der Maschine kann es bequem umgerüstet werden. Damit reduziert sich die Anzahl der Meßmittel, die für alle bei einer flexiblen Fertigung zu messenden Bohrungen benötigt werden, auf nur wenige mit großen Meßbereichen und für diese werden nur wenige Speicherplätze beansprucht, wodurch sich die Beanspruchung des Werkzeugspeichers durch Meßmittel sehr optimieren läßt.By this method, the meter is adjusted inside the machine to the measuring diameter, it does not need its own adjustment and is suitable for automatic tool change. By adjusting in the machine, it can be easily converted. This reduces the number of measuring means, which are required for all to be measured in a flexible production holes, only a few with large measuring ranges and for these only a few memory locations are claimed, which can optimize the stress of the tool storage by measuring means very.

Ausführungsbeispielembodiment

Nachstehend wird das erfindungsgemäße Verfahren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:The method according to the invention will be explained in more detail on an exemplary embodiment. In the accompanying drawings show:

Fig. 1: das Einstellen des Meßgerätes.Fig. 1: the setting of the meter.

Fig. 2: das Meßgerät innerhalb eines Mehrfach-Meßnormals,2 shows the measuring device within a multiple measuring standard,

Fig. 3: das Signalisieren von Soll-Meßwerten,3: the signaling of desired measured values,

Fig.4: das Signalisieren von Ist-Meßwerten.4: the signaling of actual measured values.

in Fig. 1 ist der untere Teil eines Meßgerätes 1 dargestellt, dessen Meßkopf 1.1 eine Führungsbohrung 1.2 aufweist, die quer zur Achse des Meßgerätes 1 gerichtet ist und einen Meßschieber 2 aufnimmt, der mit einer Tastkugel 3 als Einpunkt-Meßelement versehen ist, dessen Meßprinzip auf einer Auslenkung des Meßkopfes 1.1 im Meßgerät 1 beruht, was nicht weiter dargestellt ist. Maschinenseitig ist ortsfest ein Einstellstößel 4 zum Verstellen des Meßschiebers 2 vorgesehen.in Fig. 1, the lower part of a measuring device 1 is shown, the measuring head 1.1 has a guide bore 1.2, which is directed transversely to the axis of the measuring device 1 and a caliper 2 receives, which is provided with a Tastkugel 3 as a single-point measuring element whose measuring principle is based on a deflection of the measuring head 1.1 in the meter 1, which is not shown further. On the machine side, a setting plunger 4 for adjusting the caliper 2 is provided in a stationary manner.

Fig.2 zeigt das Meßgerät 1, das in ein Mehrfach-Meßnormal 5 eingefahren ist, welches z.B. mit drei Soll-Bohrungen 5.1 bis 5.3 versehen ist.Fig. 2 shows the measuring device 1, which has been run in a multiple measuring standard 5, which e.g. is provided with three nominal holes 5.1 to 5.3.

In Fig. 3 ist zum Zwecke der Veranschaulichung in stark übertriebener Weise dargestellt, daß das Meßgerät 1 praktisch eine exzentrische Lage in der Soll-Bohrung, z. B. 5.2 des Meßnormals 5 einnimmt, und wie es auf Umschlag um 180° die beiden Soll-Signale Sm und S_N2 abnimmt, die auf Grund der Außermittigkeit unterschiedlich groß sein.In Fig. 3 is shown for the purpose of illustration in a greatly exaggerated manner that the meter 1 is practically an eccentric position in the desired bore, z. B. 5.2 of the measuring standard 5 occupies, and how it decreases to turn over by 180 °, the two desired signals Sm and S _N2 , which are different in size due to the Außermittigkeit.

Das Meßgerät 1 wird auch, wie Fig. 4 zeigt, wegen der maschinenseitigen Abweichungen in die zu messende Werkstück-Bohrung 6 nicht genau mittig einfahren, sondern darin eine exzentrische Lage einnehmen, die zwangsläufig eine andere sein wird, als im Meßnormal 5 gemäß Fig.3. Auch hier ergeben sich beim Abnehmender Ist-Signale S_Bi und S_B2 unterschiedliche Größen.The meter 1 is also, as shown in FIG. 4, because of the machine-side deviations in the workpiece bore 6 to be measured not exactly center retract, but occupy an eccentric position therein, which will inevitably be different than in the measuring standard 5 of FIG. third Here, too, when the actual signals S _B i and S _B 2 decrease, different quantities result.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird wie folgt gehandhabt: Zum Messen wird das Meßgerät 1 in eine nicht dargestellte Werkzeufjspindel einer Werkzeugmaschine automatisch eingewechselt. Als erster Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Meßverfahrens fährt die Werkzeugspindel das Meßgerät 1 in eine Position gemäß Fig. 1, in welcher die Führungsbohrung 1.2 des Meßkopfes i 1 mit dem Einstellstößel 4 fluchtet. Durch eine Relativbewegung zwischen Einstellstößel 4 und Meßgerät 1 wird der Meßschieber 2 in der Führungsbohrung 1.2 verschoben und so auf den nächsten zu messenden Bohrungsdurchmesser D₈ nämlich der Werkstück-Bo irung 6 gemäß Fig.4 eingestellt. Daraufhin verläßt das Meßgerät 1 den Einstellstößol 4 und fährt das Meßnormal 5 an. Dieses wird zweckmäßigerweise der Werkzeugmaschine auf derselben Palette mitgoliefer'., wolcho der Werkzougspindel das Werkstück zuführt. Da an dem zugoführten Werkstück angenommener Weise drei Bohrungen herzustellen sind, trägt die Palette ein Mehrfach-Meßnormal 5 mit drei Soll-Bohrungen 5.1-5.3, wovon die Soll-Bohrung 5.2 der Bohrung 6 entspricht, die demgemäß als nächster Verfahrensschrit! vom Meßgerät 1 angefahren wird. Beim Einfohi on in das Moßnormal 5 wird auf Grund von Positioniorfehlern eine Exzentrizität entstehen, z.B. nach Fig. 3. Gemessen wird auf Umschlag, d.h. dio Tastkugel 3 nimmt erst ein Signal S_n 1 ab, dann wird das Meßgerät um 180'gedreht, und die Tastkugol 3 nimmt das Signal Sn? ab, wie in Fig. 3 angezeigt. Daraufhin verläßt das Meßgerät 1 das Meßnormal 5 und fährt in die Bohrung 6dco Werkstückes oin. Dort nimmt die Tastkugel 3 erst das Signal S_Bi ab woraufhin das Meßgerät 1 um 180° gedreht wird und die Tastkugel 3 das Signal S₀₂ abnimmt.The method according to the invention is handled as follows: For measuring, the measuring device 1 is automatically loaded into a tool spindle (not shown) of a machine tool. As a first method step of the measuring method according to the invention, the tool spindle moves the measuring device 1 into a position according to FIG. 1, in which the guide bore 1.2 of the measuring head i 1 is aligned with the adjusting plunger 4. By a relative movement between the adjusting plunger 4 and measuring device 1, the caliper 2 is moved in the guide bore 1.2 and set so on the next to be measured bore diameter D ₈ namely the workpiece Bo irung 6 according to FIG. Then the meter 1 leaves the Einstellstößol 4 and drives the Meßnormal 5 at. This is expediently mitgoliefer the machine tool on the same pallet ', wolcho the Werkzougspindel feeds the workpiece. Since on the zugoführung workpiece assumed manner three holes are to be produced, the pallet carries a multiple Meßnormal 5 with three nominal holes 5.1-5.3, of which the nominal bore 5.2 of the bore 6 corresponds, which accordingly as the next Verfahrensschrit! approached by the meter 1. When Einohi on in the Moßnormal 5 is due to position errors an eccentricity arise, for example, according to Fig. 3. It is measured on envelope, ie the Tastkugel 3 takes only a signal S _n 1 from, then the meter is rotated by 180, and the Tastkugol 3 takes the signal Sn? as shown in Fig. 3. Then the meter 1 leaves the measuring standard 5 and moves into the hole 6dco workpiece oin. There, the Tastkugel 3 takes only the signal S _B i from whereupon the meter 1 is rotated by 180 ° and the Tastkugel 3, the signal S ₀₂ decreases.

Damit ist der Meßvorgang, der notwendig ist, um den Ist-Durchmesser Db der Bohrung 6 zu bestimmen, beendet. Gemäß dem Prinzipder Relativmessung kann nunmehr der Rechner in bekannter Weise die bei diesem Meßvorgang ermittelten Signale S_N); Sn2 aus dem Meßnormal 5 zu den aus der Bohrung 6 ermittelten Signaisn S_B,;S₈2 ins Verhältnis setzen. Der Ist-Durchmesser Db wird ermittelt, indem jeweils aus der Summe der Signale, nämlich aus S_N1 r S_N2bzw. S_Bi + S_B2 der Mittelwert M_n und M₈ gebildet wird, und es wird sich die Differenz Mn - M_B dieser Mittelwerte stcis wie die Differenz Rn - Rb der zugehörigen Radien verhalten, woraus der Ist-Durchmesser Db der Bohrung 6 errechenbar ist.Thus, the measuring process, which is necessary to determine the actual diameter Db of the bore 6, completed. According to the principle of the relative measurement, the computer can now determine in a known manner the signals S _N) determined in this measuring process; From the Meßnormal 5 Sn2 to the identified from the bore 6 Signaisn S _B; S ₈ 2 set into consideration. The actual diameter Db is determined by the mean value M _n and M _{8 being} respectively formed from the sum of the signals, namely from S _N1 r S _N2 and S _B i + S _B 2, and the difference M _n - M _{B of} these mean values stcis behave like the difference Rn - Rb of the associated radii, from which the actual diameter Db of the bore 6 can be calculated.

Diese Schrittfolgen werden für das Werkstück der betreffenden Palette wiederholt, bis alle Soll-Bohrungen, d. h. 5.1 bis 5.3 des beigegebenen Meßnormals 5 mit den Bohrungen des zugehörigen Werkstückes verglichen worden sind. Von diesen Bohrungen ist nur eine abgehandelt.These steps are repeated for the workpiece of the pallet in question until all desired holes, i. H. 5.1 to 5.3 of the enclosed Meßnormals 5 have been compared with the holes of the associated workpiece. Of these holes, only one is dealt with.

Innerhalb der beschriebenen Schrittfolgen kann auch so vorgegangen werden, daß nach dem Einfahren in das Meßnormal bzw. die Bohrung das Meßgerät 1 anschließend um 360° durchgedreht wird, wobei kontinuierlich Signale in Form von Sinuskurven abgenommen werden, welchen der Rechner sich gegenüberliegende Werte zur Bildung des jeweiligen Mittelwertes entnimmt.Within the described sequences of steps, it is also possible to proceed in such a way that after entering the measuring standard or the bore, the measuring device 1 is then rotated through 360 °, wherein signals in the form of sine curves are continuously taken, which the computer has opposite values for forming the takes respective average value.

Claims

1. A method for relative measurement of the inner diameter of different sized holes of a workpiece or a workpiece range, which is processed in the automatic pass on numerically controlled machines with tool storage and automatic tool change, using a changeable tool spindle in the measuring device and a Meßnormals, characterized in that the measuring device (1; 1.1) an adjustment element (4) anfährt and this one-point measuring element (2; 3) radially in the measuring device (1; 1.1) on the bore diameter to be measured (D ₈ ) sets that the measuring device (1,1.1) in the measuring standard (5) retracts and the measuring element (2; 3) assumes opposing desired measured values (Sn ₁ ; Sn ₂ ) of a nominal diameter (D _n ) of the measuring standard (5) that the measuring device (1; the machined bore (6) retracts and the measuring element (2; 3) sirh opposite actual measured values (S _B i; S ₈₂ ) of its actual diameter (D _B ) decreases that in in itself known manner from the comparison of SoII- (S _N1 ; Sn2) and actual measured values (S _B il S ₈₂ ) of the actual diameter (D ₈ ) of the measured bore (eg 6) is calculated and that this sequence is repeated on a workpiece with several measuring operations until the last actual diameter of all Bored holes are calculated from the comparison of their actual measured values with the nominal measured values of all nominal diameters of one measuring standard (5).

2. The method according to claim 1, characterized in that the adjusting element (4) radially displaces the single-point measuring element (2; 3) in the measuring device (1; 1.1).

3. The method according to claim 1, characterized in that the opposing measured values (Sni; S _N2 ; S ₈ i; S _B2 ) are removed once by scanning the respective bore (eg 6) on cover by 180 °.

4. The method according to claim 1, characterized in that the opposing measured values are constantly decreased by scanning the entire bore circumference by 360 °.

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