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Elektrische Längenmeßeinrichtung zum Messen von Werkstücken mit unterbrochener
Oberfläche Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Längenmeßeinrichtung
zum Messen von Werkstücken mit unterbrochener Oberfläche, insbesondere während der
Bearbeitung des Werkstückes durch eine Werkzeugmaschine, wobei das Werkstück durch
den Tastbolzen eines Meßtasters mechanisch abgetastet wird und die ermittelten Werkstückmaße
in einem elektrischen Meßwertgeber in proportionale elektrische Meßwerte umgewandelt
werden, die nach Verstärkung in einem Meßwertverstärker und bei Entladung eines
daran angeschlossenen Speicherkondensators einem elektrischen Anzeigeinstrument
und gegebenenfalls der Steuereinrichtung der Werkzeugmaschine zugeleitet werden.
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Derartige Einrichtungen dienen zur Verfolgung der fortlaufenden Veränderung
der Länge, der Dicke, des Durchmessers usw. von Werkstücken, insbesondere von zylindrischen
Wellen, deren Oberfläche Vertiefungen durch Nuten, Bohrungen usw. besitzt, während
des Bearbeitungsvorganges dieser Werkstücke auf einer Werkzeugmaschine, wobei die
Verfolgung des Bearbeitungsvorganges durch Beobachtung des Zeigerstandes an einem
Meßinstrument geschieht.
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Man verwendet solche Meßeinrichtungen heute vielfach unmittelbar
auf der Bearbeitungsmaschine, damit das Werkstück die Werkzeugmaschine mit dem richtigen
Maß verläßt. Dazu steuert der ermittelte Meßwert elektrische Schalter, durch die
der Arbeitsablauf der Werkzeugmaschine mit den richtigen Vorschüben, Geschwindigkeiten
usw. erfolgt.
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Wenn der Tastbolzen des Meßtasters bei einer solchen elektrischen
Längenmeßeinrichtung in eine auf der Oberfläche des Werkstückes befindliche Nut
oder Bohrung gerät, dann entsteht ein so hoher elektrischer Impuls, daß der Zeiger
des Anzeigeinstrumentes plötzlich in Richtung seiner Nullage ausschlägt, so daß
infolge der Trägheit des Instrumentes längereZeit vergeht, bis der Instrumentenzeiger
wieder eine ruhige Anzeigenstellung eingenommen hat. Hierdurch wird die sichere
Beobachtung des Zeigerstandes und somit des Bearbeitungszustandes des Werkstückes
erschwert bzw. verhindert. Bei Meßanordnungen, die auch auf elektrische Schalteinrichtungen
zum mittelbaren oder unmittelbaren Steuern von Bearbeitungsmaschinen einwirken,
insbesondere von Schleifmaschinen, kann das plötzliche und übermäßige Absinken des
Tastbolzens in eine Vertiefung zum vorzeitigen Abschalten der Schleifmaschine führen,
da der Tastbolzen das eingestellte Fertigmaß kurzzeitig unterschreitet und die elektrischen
Schalteinrichtungen auf
diese kurzzeitige Unterschreitung ansprechen. Zur Vermeidung
solcher Störungen wurden daher bereits Vorkehrungen der verschiedensten Art durchgeführt.
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So sind bereits Einrichtungen bekannt, bei denen durch mechanische
Mittel verhindert wird, daß der Tastbolzen in eine Vertiefung der Werkstückoberfläche
einfallen kann, z. B. durch Anbringung von Schuhen am Tastbolzen, deren Auflagefläche
so groß ist, daß die Breite der Vertiefung überbrückt wird, wobei der Tastbolzen
nur geringfügig über den Schuh vorsteht. Dadurch wird zwar eine Verringerung der
Zeigerschwingungen am Ableseinstrument erreicht, jedoch müssen die Schuhe infolge
der Abnutzung ihrer Auflagefläche sowie bei verschieden großen Werkstückdurchmessern
und Breiten der Vertiefungen zur Anpassung häufig ausgewechselt werden, was die
Einrichtung verschlechtert und verteuert.
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Bei einer anderen bekannten Einrichtung wird das Einfallen des Tastbolzens
dadurch begrenzt, daß man jedem Meßtaster einen oder mehrere Stütztaster derart
zuordnet, daß diese auf den ungestörten Oberflächenstellen der Werkstücke aufliegen,
wenn der Tastbolzen eine Vertiefung überfährt, so daß er nur um einen geringfügigen
Betrag in die Vertiefung einfallen kann. Über die Auswirkungen dieser Vorrichtung
gilt das oben Gesagte.
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Bei einer weiteren bekannten Einrichtung wird der bewegliche Tastbolzen
des Meßtasters kurz vor der Nut mechanisch festgehalten und hinter der Vertiefung
wieder freigegeben, so daß er nicht in die Vertiefung einfallen kann. Dies bedingt
aber die Anbringung eines Steuernockens und eines elektromagnetischen
Schalters
an der Werkzeugmaschine, der für jedes Stück neu angefertigt und neu eingestellt
werden muß. Auch besteht die Gefahr, daß durch das ständige mechanische Festhalten
und Lösen des Lastbolzens dessen Lagerung ungünstig beeinflußt wird.
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Bei einer ähnlichen bekannten Anordnung werden die Tasterbewegungen
beim Überführen einer Nut durch einen Zugmagneten blockiert. Zur Steuerung des Magneten
dienen hierbei stromdurchflossene Spulen, deren Eisenjoche mit ihren Stirnflächen
dem rotierenden Werkstück sehr nahe liegen. Wenn dabei eine Nut des Werkstückes
an den Stirnflächen vorbeiläuft, wird der Luftspalt zwischen den Stirnflächen und
dem Werkstück stark vergrößert und dadurch in den Spulen eine Spannung erzeugt,
die zur Steuerung des den Zugmagneten erregenden Stromes verwendet wird. Diese induktiven
Steuerspulen versagen jedoch, wenn das zu bearbeitende Werkstück nicht aus ferromagnetischem
Material besteht oder wenn bei ferromagnetischem Material Schleifstaub oder Metallspäne
angezogen und dadurch die Stirnenden der Eisenjoche magnetisch kurzgeschlossen werden.
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Es kann der Haltemagnet auch durch eine lichtelektrische Steuereinrichtung
betätigt werden. Hierzu muß aber an der Bearbeitungsmaschine eine Spiegel-oder Lochscheibe
angebracht werden, die einen Lichtstrahl auf eine Fotozelle gelangen läßt. Bei der
Bearbeitung anderer Werkstücke muß also stets eine andere Spiegel- oder Lochscheibe
verwendet werden.
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Es sind auch bereits pneumatische Meßanordnungen bekannt, bei denen
trotz Entfernens des Prüflings aus der Meßlage die Anzeige der Meßwerte erhalten
bleibt. Diese Anordnungen eignen sich jedoch nicht für die laufende Überwachung
eines Schleifvorganges an Werkstücken mit unterbrochener Oberfläche.
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Denn wenn eine Vertiefung an dem um 900 versetzten Steuerröhrchen
vorbeizieht, wird zwar der Meßwert festgehalten, dagegen nicht, wenn die Vertiefung
an den Meßdüsen vorbeiläuft. Nur wenn mehrere um 900 versetzte Vertiefungen auftreten,
würde die Festhaltung wirken. Für eine universelle und einfache Anwendung an Schleifmaschinen
ist diese Einrichtung also nicht verwendbar.
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Zu erwähnen ist schließlich noch eine bekannte pneumatische Kalibriervorrichtung,
die zur Steuerung der mechanischen Bearbeitung von Werkstücken dient, deren Oberfläche
mit regelmäßig, insbesondere achsensymmetrisch angeordneten Nuten oder Riefen versehen
ist. Diese Vorrichtung benutzt außer den beiden Meßdüsen eine um 900 versetzte Steuerdüse
sowie pneumatisch gesteuerte Schaltkontakte, die Signallampen so lange intermittierend
aufleuchten lassen, bis der Endbearbeitungsdurchmesser erreicht ist, und nun die
Signallampen ständig leuchten. Eine fortlaufende Meßanzeige zur Verfolgung der Bearbeitung
des Werkstückes ist hiermit aber nicht möglich. Weiterhin versagt die Vorrichtung,
wenn auf dem Werkstück nicht mindestens vier um 900 versetzte Vertiefungen vorhanden
sind.
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Ferner ist noch ein mit Meßtaster arbeitendes Längenfeinstmeßgerät
bekannt, bei dem ein unveränderliches Längenmaß eines fertigbearbeiteten Werkstückes
beliebig lange festgehalten werden kann.
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Dieses Längenfeinstmeßgerät dient zur fortlaufenden Prüfung gleichartiger
Werkstücke nach Verlassen der Fertigungsmaschine, welche zu diesem Zweck nacheinander
unter dem Meßtaster durchgeschoben wer-
den. Während des Meßvorganges wird der Tastbolzen
des Meßtasters beim Abtasten der Oberfläche der zu vermessenden Werkstücke zunächst
aus seiner Ausgangslage angehoben und kehrt jedesmal zwischen den Meßvorgängen an
den aufeinanderfolgenden Werkstücken in die Ausgangsstellung zurück. Um zu verhüten,
daß der Zeiger des Meßinstrumentes dabei ständig zwischen seiner Ausgangsstellung
und den Meßwertausschlägen pendelt, wird der Zeiger des Meßinstrumentes jeweils
auf dem Meßwertausschlag so lange festgehalten, bis der Meßwert des nächsten Werkstückes
erscheint. Dabei wird die Umsteuerung von der Zeigerfeststellung zum nächsten Meßwertausschlag
durch die Bewegungen des Tastbolzens selbst bewirkt. Die nächste Messung wird mit
dem Tastbolzen bereits durchgeführt, während der Zeiger noch auf dem vorhergehenden
Meßausschlag festgehalten wird.
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Bei diesem bekannten Längenfeinstmeßgerät werden die vom Tastbolzen
des Meßtasters aufgenommenen Meßwerte mittels eines elektromechanischen Wandlers
und einer Meßwertschaltung in der Meßgröße proportionale Meßwertspannungen umgesetzt,
und diese werden jeweils in einer Gruppe von zwei vorhandenen Gruppen von Meßwertkondensatoren
gespeichert. Diese Gruppen von Meßwertkondensatoren werden über ein Schrittschaltwerk
abwechselnd auf ein Röhrenvoltmeter geschaltet, an dessen Anzeigeinstrument die
Meßgrößen abgelesen werden können. Der zur Betätigung des Schrittschaltwerkes nötige
Impuls entsteht durch die Bewegung des Tastbolzens, wenn er beim Weiterschieben
des in der Prüfung begriffenen Werkstückes von diesem herabgleitet und dann wieder
von dem nächsten zu prüfenden Werkstück angehoben wird. Bei dieser Axialbewegung
des Tastbolzens entsteht am Ausgang der Meßwertschaltung eine Spannung bestimmter
Polarität, die über besondere Verstärkerstufen das Schaltwerk betätigt. Bei diesem
bekannten Längenfeinstmeßgerät kann jedoch nur das unveränderliche Größtmaß eines
fertigbearbeiteten Werkstückes gespeichert werden, während kontinuierliche Veränderungen
der Abmaße während eines Bearbeitungsvorganges nicht laufend verfolgt werden können.
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Außerdem wird die Speicherung der Meßwerte ein und desselben Prüfvorganges
mit dem Einfallen des Tastbolzens in eine Vertiefung unterbrochen, da mit der Tasterbewegung
eine Umschaltung der Meßwertspeicherkondensatoren bewirkt wird.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Längenmeßeinrichtung
der eingangs genannten Art zum Messen von Werkstücken mit unterbrochener Oberfläche
während der Bearbeitung der Werkstücke auf einer Werkzeugmaschine zu schaffen, die
es gestattet, die kontinuierliche Maßänderung der Werkstücke während der Bearbeitung
vom Ausgangsmaß bis zum Fertigmaß auf einem Anzeigeinstrument zu verfolgen, und
bei der während der Zeit des Einfalles des Tastbolzens des Meßtasters in eine Vertiefung,
z. B. eine Nut der Werkstückoberfläche, die Zuführung der elektrischen Meßwerte
zum Anzeigeinstrument unterbrochen wird, wobei aber der bisherige Meßwert am Anzeigeinstrument
festgehalten wird bzw. die Steuerung zum Abschalten der Werkstückbearbeitungsmaschine
nicht vorzeitig ausgelöst wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die elektrische
Polarität der Ausgangsspannung
des Meßwertverstärkers so eingestellt
ist, daß deren Vorzeichen bei Unterschreitung des zulässigen Mindestmaßes des abgetasteten
Werkstückes wechselt und dadurch eine entsprechend abgestimmte Röhre einer dem Verstärker
nachgeschalteten, der Mittelwertebildung der elektrischen Meßwerte dienenden elektronischen
Einrichtung sperrt, so daß die Weiterleitung der Meßwertmittelwerte über ein elektrisches
Ventil zum Speicherkondensator unterbunden wird.
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Dadurch wird der Vorteil erzielt, daß beim Messen von Werkstücken
mit unterbrochener Oberfläche mit einer elektrischen Längenmeßvorrichtung, insbesondere
während der Bearbeitung des Werkstückes, besondere, fallweise umzustellende Hilfsvorrichtungen
zur Verhinderung des Einfallens des Meßtasters in Vertiefungen, z. B. Nuten, auf
der Oberfläche des Werkstückes entfallen. Es bestehen auch keine Voraussetzungen
für eine axialsymmetrische Gestalt der Werkstücke oder deren Werkstoffe.
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Die mit der Erfindung erzielte Beständigkeit der Anzeige gestattet
die Ausnutzung der starken Vergrößerung der Meßwerte, so daß noch sehr kleine Meßwerte
sicher erfaßt werden bzw. eine sehr große Bearbeitungsgenauigkeit erzielt wird.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand eines Ausführungsbeispiels
veranschaulicht.
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A b b. 1 zeigt den Querschnitt eines zu schleifenden Werkstückes
1 mit Rohdurchmesser 3 und kleinstzulässigem Istdurchmesser 2, der z. B. um -5clm
vom Nenndurchmesser abweicht. In dem Werkstück befindet sich eine Bohrung 5 mit
einer Tiefe 4, in die bei der Messung der Tastbolzen eines Meßtasters einfallen
kann.
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Abt. 2 zeigt die elektrische Meßeinrichtung für das Werkstück gemäß
A b b. 1, wobei ein Längenmeßtaster 7 mit seinem Tastbolzen 6 den Durchmesser des
Werkstückes 1 erfaßt und als elektrische Meßgröße einem Meßwertverstärker 8 zuführt,
an dessen Ausgang man dann die Meßspannung Um erhält, die dem Längenmeßwert proportional
ist. Der Unterfreihub des Tastbolzens 6, d. h. die Bewegung des Tastbolzens 6 in
die Vertiefung 5 hinein wird so eingestellt, daß der mit kugeliger Berührungsfläche
versehene Tastbolzen 6 nach dem Einfallen in die Oberflächenunterbrechung 5 von
deren nachfolgender Kante des Werkstückes wieder hochgehoben wird.
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A b b. 3 verdeutlicht die Zusammenhänge zwischen der Polarität der
Meßspannung Um und dem Meßweg.
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Bei der in A b b. 2 dargestellten elektrischen Meßschaltung wird
die Größe der Meßspannung Um durch ein hochohmiges Instrument 9, beispielsweise
ein Röhrenvoltmeter, angezeigt, wobei zwischen dem Meßwertverstärker 8 und dem Instrument
9 die erfindungsgemäße Einrichtung zwischengeschaltet ist.
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Diese besteht aus der Elektronenröhre 10, deren Steuergitter über
einen hohen Widerstand 15 und deren Anodenkreis über ein elektrisches Ventil 16
mit der einen, von dem Meßwertverstärker 8 kommenden Leitung verbunden sind, während
die andere, von dem Meßwertverstärker 8 kommenden Leitung an den aus der Parallelschaltung
des Kondensators 12 mit dem Einstellwiderstand 13 bestehenden Kathodenkreis angeschlossen
ist, sowie aus dem Kondensator 11.
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Zunächst bildet die Röhre 10 in Verbindung mit dem Kondensator 12
und dem Widerstand 13 den
Mittelwert der Meßspannung Um, der den Kondensator 11 auflädt,
wodurch eine von der Größe dieses Kondensators und den Ableit- bzw. Isolationswiderständen
im Stromkreis des Anzeigeinstrumentes 9 abhängige, mehr oder weniger schnell sich
entladende Speicherung entsteht. Die mit der sich entladenden Speicherung verbundende
Änderung der Anzeige auf dem Anzeigeinstrument 9 gestattet die Verfolgung der kontinuierlichen
Maßänderung der Werkstücke bei der Bearbeitung auf der Werkzeugmaschine.
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Das Ventil 16 ist so gepolt, daß es den Abfluß positiver Ladungen
von dem Kondensator 11 zum Steuergitter der Elektronenröhre 10 sperrt. Außerdem
ist die Ausgangsspannung Um erfindungsgemäß so eingestellt, daß sie innerhalb des
zulässigen Meßbereiches eine einheitliche, entweder positive oder negative Polarität
besitzt. In vorliegenden Fall würde der Meßbereich von +500 bis -5FLm also z. B.
positive Polarität aufweisen. Fällt nun der Tastbolzen des Meßtasters in die Bohrung
hinein, dann entsteht unterhalb stm (zulässiges Mindestmaß des Werkstückes) eine
Spannung mit negativer Polarität. Diese sperrt sofort die Röhre 10, so daß die Mittelwertbildung
des Meßwertes unterbrochen wird. Der Kondensator 11, der den augenblicklichen Meßwert
gespeichert hält, kann sich wegen des Ventils 16 nicht über die Röhre 10 entladen,
sondern hält vielmehr den Ausschlag des Instrumentes 9 während der Sperrung des
Meßwertes aufrecht. Der Meßwert wird so lange festgehalten, bis die Meßgröße die
alte Polarität wieder annimmt, d. h. bis der Tastbolzen wieder aus der Vertiefung
herausgetreten ist. Durch diese Sperrung der Entladung ist es also ohne Einfluß,
ob der Taster die Vertiefung schnell oder langsam durchläuft. Die Anzeige des Meßinstrumentes
ändert sich nicht. Aus dem Anzeigekreis werden auch die Schaltspannungen entnommen,
mit denen man die Werkzeugmaschine unabhängig von den Vertiefungen in der Oberfläche
steuern kann, beispielsweise durch den Steuerteil 14.
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Ab b. 3 verdeutlicht die Zusammenhänge zwischen der Polarität der
Meßspannung Um und dem Meßweg von + 500 ttm. Der ursprüngliche Nullpunkt der Meßeinrichtung
ist durch Nullpunktverstellung oder Einführung einer Gegenspannung auf - 5 iim gelegt
worden. Es ergibt sich dadurch ein Polaritätsbereich A mit positiver Polarität für
die Meßlängen von +500 bis -5 ym, für den die RöhrelO den Meßwert Um zum Kondensator
11 und zum Instrument 9 gelangen läßt. Der Bereich der negativen, d. h. entgegengesetzten
Polarität B erstreckt sich für die Meßstrecken von -5 bis -500 pm. Diese Polarität
sperrt die RöhrelO und ermöglicht es dem Kondensator 11, den Ausschlag des Instrumentes
9 aufrechtzuerhalten.