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Die Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren zum Messen des Durchmessers einer zylindrischen Bohrung
in einem Werkstück
sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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In der Praxis werden in Werkstücken immer wieder
zylindrische Bohrungen benötigt,
die bei einer Länge
von 5 bis 50 mm einen Durchmesser von beispielsweise 1 bis 8 mm
aufweisen und die äußerst genau
gefertigt sein müssen.
Dies macht es erforderlich, den Durchmesser der Bohrungen bereits
während
der Fertigung zu kontrollieren. Dafür müßte das Werkstück ausgespannt
werden, was jedoch aus fertigungstechnischen Gründen meist nicht möglich ist.
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Es sind zwar Meßgeräte bekannt, die über den
Weg einer keilförmigen
Spreiznadel die Aufweitung eines Spreizdornes erfassen und so den
Durchmesser einer Bohrung kontrollieren. Derartige Meßgeräte sind
jedoch aufgrund der Reibung zwischen Spreiznadel und Spreizdorn
nicht hysteresefrei, besitzen einen verhältnismäßig großen Aufbau und verlangen vom
Bediener viel Erfahrung und Feingefühl, damit überhaupt eine genaue Messung
möglich
ist. Dies bedeutet, daß die
Meßgenauigkeit
weitgehend vom subjektiven Empfinden und der Fähigkeit des Bedieners abhängig ist.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe
zugrunde, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem es ohne großen Aufwand
und in einfacher Weise, insbesondere aber in kürzester Zeit und ohne den subjektiven Einfluß eines
Bedieners möglich
ist, eine zylindrische Bohrung in einem Werkstück zu messen, ohne daß es dazu
erforderlich ist, das Werkstück
aus der Bearbeitungsmaschine auszuspannen und erneut einzuspannen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung
vorgeschlagen, daß zunächst in
die Bohrung des Werkstückes
ein mit einem Stift verbundener zylindrischer Meßkörper mit einem gegenüber der
Bohrung des Werkstückes
verringertem Durchmesser in eine für die Ermittlung des Durchmessers vorgegebenen
Tiefe eingeführt und
Einnahme einer durch Verkantung an der Wandung der Bohrung anliegenden
Schrägstellung
freigegeben wird und daß anschließend die
Schrägstellung
des Meßkörpers an dem
aus der Bohrung herausragenden Stift meßtechnisch erfaßt und aus
dem ermittelten Maß der Schrägstellung
der Durchmesser der Bohrung ermittelt wird.
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Bei einem solchen Verfahren legt
sich der Meßkörper mit
den aus dem zylindrischen Mantel und der Meßkörperlänge begrenzten Stirnflächen an der
Wandung der Bohrung an, während
sich das Ende des Stiftes entsprechend dem Längenverhältnis von der Länge des
Meßkörpers zur
Gesamtlänge von
Meßkörper und
Stift, abzüglich
der halben Meßkörperlänge, radial
versetzt, so daß die
Abweichung der Bohrung des Werkstückes gegenüber dem Durchmesser der Bohrung
einer zur Kalibrierung der Vorrichtung in die Werkstückaufnahme
eingesetzten Einstelllehre über
den radialen Versatz des Endes des Stiftes meßtechnisch erfaßt und nach
der Multiplikation mit dem Längenverhältnis exakt
bestimmt werden kann.
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Falls zu befürchten ist, daß die Bohrung
des Werkstückes
und/oder bei Verwendung einer Einstelllehre deren Bohrung schlägt oder
unrund läuft, muß die Messung
bzw. die Kalibrierung kontinuierlich über eine Umdrehung des Werkstückes oder
der Einstelllehre vorgenommen und aus den Meßwerten der Mittelwert gebildet
werden.
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Weitere Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens
sowie einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind in
den Ansprüchen
2 bis 18 offenbart.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand
eines in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Dabei
zeigen
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1 eine
vergrößerte Darstellung
eines Meßkörpers mit
Stift in einer Bohrung eines Werkstückes,
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2 eine
Aufrißdarstellung
einer Vorrichtung zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
in einer Bearbeitungsmaschine und
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3 einen
Meßdorn
der 2.
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In den 1 bis 3 der Zeichnung ist jeweils ein
Meßdorn 1 dargestellt,
der zumindest aus einem zylindrischen Meßkörper 2 und einem Stift 3 besteht, der
an einem Ende an den Meßkörper 2 angeschlossen
ist und der den Meßkörper 2 trägt. An dem
anderen Ende des Stiftes 3 befindet sich im gezeichneten Ausführungsbeispiel
ein nicht unbedingt erforderlicher Kontrollkörper 4, an den sich
zusätzlich
noch ein Handgriff 5 anschließen kann. Bedarfsweise kann der
Handgriff 5 durch eine Kupplung ersetzt sein. Der Kontrollabschnitt 7 weist
vorteilhaft den Querschnitt eines doppelten Kegelstumpfes auf.
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Mittels des Handgriffes 5 wird
nun der Meßkörper 2 des
Meßdornes 1 in
eine Bohrung 6 eines Werkstückes 7 eingeführt, welches
in einer nur durch eine Werkzeughalterung 8 mit Bearbeitungswerkzeug 9,
beispielsweise eine Schleifspindel, dargestellten Bearbeitungsmaschine
eingespannt ist. Dabei wird der Meßkörper 2 so weit bzw.
so tief in die Bohrung 6 eingeführt, daß er sich genau an der Stelle befindet,
an der gemessen bzw. nachgemessen werden soll. Die Bohrung 6 nimmt
hier eine horizontale Lage ein und wurde von dem Bearbeitungswerkzeug 9 bereits
bearbeitet bzw. nachbearbeitet, welches sich gemäß der 2 in einer zurückgezogenen Stellung befindet.
Der Durchmesser D0 (2)
des Meßkörpers 2 ist
um ein vorgegebenes Maß kleiner als
der Durchmesser D2 der Bohrung 6 im Werkstück 7,
was erst den Einführvorgang
des Meßkörpers 2 in die
Bohrung 6 des Werkstückes 7 ermöglicht.
Durch diese Durchmesserdifferenz verkantet der Meßkörper 2 aufgrund
des Gewichtes des Stiftes 3 in der Bohrung 6 und
der Meßdorn 1 nimmt
die in den 1 und 2 gezeichnete Schräglage ein.
Diese Verkantung wird in vorteilhafter Weise noch durch das Gewicht von
Kontrollkörper 4 und
Handgriff 5 unterstützt.
Die erwähnte
Durchmesserdifferenz darf allerdings nicht so groß sein,
daß der
Stift 3 an der äußeren Kante der
Bohrung 6 zum An- bzw. Aufliegen kommt.
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Die Bearbeitungsmaschine weist im
dargestellten Ausführungsbeispiel
einem Galgen 10 auf, an dessen freiem Ende ein Längenmeßgerät 11 eingesetzt
ist. Dieses Längenmeßgerät 11,
das beispielsweise als Digitalmeßgerät mit pneumatischer, elektrischer
oder mechanischer Anstellung versehen ist, wird nun zunächst über den
Kontrollkörper 4 des Meßdornes 1 bewegt
und mit einem planen Tastelement 12 gegen den umlaufenden
Kontrollkante des Kontrollkörpers 4 abgesenkt
und an demselben zum Anliegen gebracht. Durch das Längenmeßgerät 11 mit
dem Tastelement 12 kann die Verkantung des Meßdornes 1 zusätzlich unterstützt werden.
Die unterste Stellung des Tastelementes 12 des Längenmeßgerätes 11 wird
nun mit der Stellung des Tastelementes 12 verglichen, in
der sich der Meßdorn 1 in
einer Bohrung einer an sich bekannten, jedoch nicht dargestellten
Einstelllehre befindet. Die so ermittelte Differenz muß dann noch
mit dem Längenverhältnis des
Meßdornes 1 multipliziert
werden und ergibt dann das Meßergebnis.
Dieses Längenverhältnis ergibt
sich aus der Länge
des Meßkörpers 2 zum
axialen Abstand zwischen der Vorderkante des Meßkörpers 2 und dem umlaufenden
Kontrollkante des Kontrollkörpers 7 abzüglich der
halben Länge
des Meßkörpers 2.
Da sowohl in der Bohrung der Einstelllehre als auch in der Bohrung 6 die
gleichen Kräfte
auf den Meßdorn 1 einwirken,
ist eine geringfügige
Verformung des Stiftes 3 unbedeutend und hat keinen Einfluß auf das
Meßergebnis.
Wenn beispielsweise der zylindrische Meßkörper eine Länge von 5 mm hat und der axiale
Abstand von der Vorderkante des Meßkörpers 2 bis zur Mitte
der Kontrollkörpers
27,5 mm beträgt,
ergibt sich daraus ein Längenverhältnis von
1:5. Wird nun über
das Längenmeßgerät 11 und das
Tastelement 12 ein Versatz des Kontrollkörpers 4 von
10 μm ermittelt,
beträgt
die Änderung
des Durchmessers der Bohrung 6 hier 2 μm.
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Die vorbeschriebene, durch eine radiale
Anstellung erfolgte Messung ist auch dadurch zu erreichen, daß das Längenmeßgerät 11 in
axialer Richtung zur Bohrung 6 verfahren und dabei der
umlaufende Kontrollkante des Kontrollkörpers 4 durch das Tastelement 12 angetastet
wird. Ist kein Kontrollkörper 4 vorhanden,
wird das äußere Ende
des Stiftes 3 angetastet.
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Das Meßergebnis ist immer vom Durchmesser
(DO) und der Länge
(L0) des Meßkörpers 2
sowie vom Durchmesser (D1) des Kontrollkörpers 4 und dessen
Mittenabstand (L1) von der Außen-
bzw. Frontfläche
des Meßkörpers 2 abhängig. Der
Außendurchmesser
des Kontrollkörpers 4 hat
keinen Einfluß auf
das Meßergebnis,
so daß derselbe
bei mehreren Meßdornen 1 gleich
sein kann. Da ein Meßdorn 1 immer
nur zur Messung in einem Durchmesserbereich von etwa 0,1 bis 0,3
mm geeignet ist, müssen entsprechend
den unterschiedlichen Durchmessern und Tiefen der zu messenden Bohrungen 6 in
den Werkstücken 7 unterschiedliche
Meßdorne 1 eingesetzt
werden. Das Längenmeßgerät 11 besitzt
vorzugsweise eine Schnittstelle zur Übertragung des Meßwertes
an eine Rechner. Ist das Tastelement 12 induktiv ausgebildet,
kann der ermittelte Meßwert
direkt an den Rechner übertragen
und dort verarbeitet werden. Das Längenmeßgerät 11 ist dann nicht
erforderlich.
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Für
die Berechnung müssen
dann allerdings dem Rechner der Durchmesser (D0) und die Länge L0)
des Meßkörpers 5 sowie
der Durchmesser (D1) des Kontrollabschnittes 7 und dessen
Mittenabstand (L1) von der Vorderkante des Meßkörpers 2 bekannt sein.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es,
die Durchmesser bzw. die Durchmessererweiterungen von zylindrischen
Bohrungen 6 in einem Werkstück 7 zwischen zwei
aufeinanderfolgenden Bearbeitungsvorgängen ständig und in äußerst kurzer
Zeit zu ermitteln und damit den Ausschuß zu reduzieren.
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In Abänderung des erläuterten
Ausführungsbeispieles
ist es möglich,
den Meßdorn 1 ohne
Kontrollkörpers 4 auszubilden
und den sogenannten Versatz des Meßdornes 1 am freien
Ende des Stiftes 3 zu messen. Auch optische Systeme können zur
Messung des Versatzes eingesetzt werden. Dabei ist es wichtig, daß eine sichere
Anlage der Bezugskanten des verkanteten und eine Schräglage einnehmenden Meßkörpers 2 gewährleistet
ist. Dies ist in einfacher Weise durch eine Verlängerung des Stiftes 3 zu
erreichen. Im erläuterten
Ausführungsbeispiel
nimmt die zu messende Bohrung 6 eine horizontale bzw. annähernd horizontale
Lage ein. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
können
aber auch vertikale und unter einem größeren Winkel verlaufende Bohrungen 6 gemessen
bzw. nachgemessen werden. Auch hier ist Voraussetzung, daß die für den Meßvorgang
erforderliche Verkantung des Meßdornes 1 sichergestellt ist
und die Kanten des zylindrischen Meßkörpers 2 an der Wandung
der Bohrung 6 anliegen. Dies kann beispielsweise durch
eine Feder erreicht werden, die am Stift 3 angreift. Bei
einer solchen Ausgestaltung kann die Verkantung bzw. Schräglage des
Meßdornes 1 auch über eine
empfindliche Kraftmeßeinrichtung, die
an der Feder angreift, ermittelt werden. Falls an Stelle des Handgriffes 5 eine
Kupplung verwendet wird, ist der Meßdorn 1 maschinell
in die Bohrung 6 des Werkstückes 7 einsetzbar.