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Gerät zum Messen oder Anzeigen von Veränderungen des Durchmessers
eines zylindrischen Werkstücks in dessen Achsrichtung Die Erfindung bezieht sich
auf ein Gerät zum Messen oder Anzeigen von Veränderungen des Durchmessers eines
zylindrischen Werkstücks in dessen Achsrichtung, wobei zwei an diametral einander
gegenüberliegenden Punkten der Werkstückoberfläche angreifende Meßfühler von einem
Schlitten getragen werden, der entlang einer im wesentlichen geradlinigen Führungswelle
od. dgl. verschiebbar ist, sowie wenigstens einer der Meßfühler relativ zum Schlitten
in einer mindestens annähernd durch die Längsachse des zylindrischen Werkstücks
gehenden Ebene bewegbar gelagert ist und die Meßfühlerbewegung während des Schlittenvorschubs
auf eine Detektoreinrichtung für ein elektrisches Anzeigegerät einwirkt.
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Es sind bereits Einrichtungen zum Prüfen der Geradlinigkeit einer
Oberfläche mittels eines auf einem bewegbaren Schlitten angeordneten mechanischen
- Taststifts bekannt, bei denen der den Taststift tragende Schlitten an einer Welle
geführt wird, die mindestens im großen und ganzen geradlinig verläuft; in Verbindung
mit einer solchen bekannten Einrichtung ist auch schon vorgeschlagen worden, daß
der Schlitten auf der Welle mittels einer an sich bekannten V-Lagerung axial verschiebbar
ist, deren V-Schenkel durch axial im Abstand voneinander befindliche Paare von im
Winkelabstand zueinander am Schlitten angeordneten Lagergliedern gegeben sind.
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Bei den bekannten Geräten der eingangs genannten Art bestehen Schwierigkeiten,
zuverlässig eine genaue Messung und Anzeige von Durchmesserveränderungen der zylindrischen
Prüffläche in der Achsrichtung des Werkstücks zu erhalten. Es können vielmehr bei
den bekannten Meßgeräten einmal Meßfehler dadurch entstehen, daß das Werkstück mit
seiner Achse nicht genau parallel zur Richtung der Vorschubbewegung des Schlittens
mit den Fühlern gelagert ist. Weitere Meßfehler können, insbesondere, wenn eine
absolut genaue Messung der Durchmesserveränderungen verlangt wird, dadurch auftreten,
daß das Werkstück meist nicht so gelagert ist, daß seine Achse die Linie schneidet,
welche die einander gegenüberstehenden Fühler verbindet, selbst dann, wenn diese
Werkstückachse parallel zur Richtung der Vorschubbewegung verläuft. In diesen Fällen
zeigt das bekannte Meßgerät zwar grobe Fehler in der Einstellung der Lage des Werkstücks
an, jedoch erzeugen kleine Fehler in dieser Lageneinstellung Veränderungen in der
Meßwertanzeige des Meßinstruments, die nicht von denjenigen Veränderungen der Anzeige
unterscheidbar sind, die die zu bestimmende Veränderung im Durchmesser der Prüfoberfläche
des Werkstücks anzeigen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Gerät der eingangs
genannten Art zu schaffen, bei dem unter Vermeidung der genannten Meßfehler die
örtliche Einstellung des Werkstücks in seine richtige Lage zu den Meßfühlern geprüft
und erleichtert werden kann, derart, daß die Achse des zylindrischen Werkstücks
genau parallel zur Richtung der Führung liegt und auch die Linie schneidet, die
die Meßfühler verbindet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der die Meßfühler
tragende Schlitten durch Antriebsglieder einer Prüf-Einstellvorrichtung eine kurze
hin- und hergehende Schwenkbewegung quer zur Längsrichtung der Führungswelle und
quer zu der die Meßfühler verbindenden Linie erhält und die in einem Schreibanzeigeinstrument
erscheinende oszillierende Meßgröße der Lage des Werkstücks entspricht.
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Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird erreicht, daß bei einem
Gerät zum Messen von Durch-
messerveränderungen eines zylindrischen
Werkstücks die richtige Lage des Werkstücks gegenüber den Meßfühlern jederzeit kontrolliert
und einjustiert werden kann und damit eine zuverlässige und genaue Messung gewährleistet
ist.
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Wenn die Lage des Werkstücks genau richtig einjustiert ist, so daß
die Werkstückachse genau parallel zur Richtung der Führung liegt und auch die Linie
schneidet, die die Meßfühler verbindet, dann nimmt die Kurve der oszillierenden
Meßgröße im Anzeigeinstrument einen genau definierten, eindeutigen Verlauf an.
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Die Prüf-Einstellvorrichtung wird zweckmäßigerweise zugleich mit
den Antriebsmitteln für die Vorschubbewegung des Fühlerschlittens eingeschaltet,
und zwar arbeitet sie zwischen zwei beliebigen in Abstand voneinander befindlichen
Stellen in Längsrichtung des Werkstücks. Sobald das Werkstück nach Maßgabe der Form
der oszillierenden Meßgröße in seine genau richtige Lage einjustiert ist, kann die
Prüf-Einstellvorrichtung abgeschaltet werden, so daß nunmehr die Messung der Durchmesseränderung
des Werkstücks in dessen Achsrichtung in der üblichen Weise auf Grund der Meßwertanzeige
der Meßfühler am Anzeigeinstrument erfolgt.
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Zweckmäßig wird für die Prüf-Einstellvorrichtung ein elektrischer
Schreibzeiger verwendet, so daß man eine Kurve erhält, die als periodische Welle
nach Maßgabe der wechselnden Abstände zwischen den Arbeitsspitzen der Fühler mit
Maximal- und Minimalamplituden während der Hin- und Herbewegung des die Fühler tragenden
Schlittens quer zur Vorschubrichtung erscheint. Die Wiederholungsfrequenz der Welle
ist gleich der Frequenz dieser Hin- und Herbewegung. Befindet sich das Werkstück
in seiner richtigen Lage, so daß die Fühler bei jeder vollen Periode ihrer Schwenkbewegung
annähernd in der Mitte eines jeden Hubes an der Prüffläche angreifen, so ist die
Frequenz der Kurvenbahn doppelt so groß wie die Frequenz der Hin- und Herbewegung,
weil der Abstand zwischen den beiden Fühlern während jeden solchen Hubes von einem
Minimum auf ein Maximum anwächst und dann wieder auf ein Minimum abnimmt. Befindet
sich das Werkstück in einer falschen Lage, so daß es keinen Punkt der Periode gibt,
an dem die Fühler an den Enden eines Durchmessers der Prüffläche angreifen, dann
erhöht sich der Abstand zwischen den Arbeitsspitzen der Fühler während eines Hubes
auf ein Maximum und verringert sich während des folgenden Hubes auf ein Minimum;
die Frequenz der aufgezeichneten Welle ist dann gleich der-Frequenz der Hin- und
Herbewegung. Auch ist die Amplitude der periodischen Wellenbewegung bei einem falsch
eingestellten Werkstück größer als bei einem Werkstück, dessen Arbeitslage genau
richtig justiert ist.
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Demzufolge wird zur richtigen Einstellung der Lage des Werkstücks
mit Hilfe der erfindungsgemäßen Prüf-Einstellvorrichtung der Werkstückhalter so
einjustiert, - daß während der gesamten Vorschub-Arbeitsbewegung am Schreibzeiger
eine Welle geringer Amplitude und doppelter Frequenz erzielt wird. Falls die Welle
während der Arbeitsbewegung der Prüf-Einstellvorrichtung irgendwo im Längsverlauf
des Prüfweges plötzlich die Form einer Welle mit der Frequenz dieser Arbeitsbewegung
und großer Amplitude annimmt, so ist dies ein Anzeichen dafür, daß das Werkstück
nicht mehr parallel zur
Führung liegt, so daß nunmehr eine entsprechende Einjustierung
der Werkstückslage durchgeführt werden muß.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand von Ausführungsbeispielen
veranschaulicht. Es zeigt Fig. 1 eine Stirnansicht des Meßgerätes mit der erfindungsgemäßen
Prüf-Einstellvorrichtung zum Prüfen des Außendurchmessers eines zylindrischen Werkstücks,
Fig.2 eine Querschnittansicht des Gerätes nach Fig. 1, F i g. 3, 4 und 5 eine abgeänderte
Ausführungsform zum Prüfen des Innendurchmessers eines zylindrischen Werkstückes,
F i g. 6 eine abgewandelte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Prüf-Einstellvorrichtung.
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Das in F i g. 1 und 2 dargestellte Gerät besitzt ein längliches Gehäuse
mit einem UnterteilA und enthält eine im wesentlichen horizontal gelagerte und im
großen und ganzen geradlinige Führungswelle B, auf der in Längsrichtung ein Schlitten
C beweglich gelagert ist, der von Hand oder durch einen Motorantrieb auf der Welle
B verschiebbar ist Der Schlitten C ist sattelförmig ausgebildet und besitzt an seiner
Unterseite zwei in Längsrichtung in Abstand voneinander befindliche Paare von in
Winkelabstand zueinander angeordneten LagerpolsternCt Am Schlitten C ist ein Träger
D abnehmbar angebracht, der einen Rahmen E trägt, der seinerseits ein Paar von Meßfühlern
F und F1 trägt, die an der Oberfläche des zu prüfenden Werkstückes G angreifen und
deren Arbeitsspitzen mit relativ großem Radius abgerundet sind. Das Werkstück G
ist tUf einem zweiteiligen, verstellbaren Werkstückhalter H auf dem Unterteil A
des Gehäuses derart gelagert, daß seine Achse im wesentlichen horizontal und genau
parallel zur Führungswelle B verläuft, und zwar in einem im voraus eingestellten
Abstand von dieser. Jeder Teil des Werkstückhalters H besteht aus einem V-förmigen
Block H1, der mittels einer Befestigungsschraube H2 abnehmbar am Unterteil A befestigt
ist und außerdem Stellschrauben H8 und Et4 besitzt, vermittels derer der Block Ht
in senkrechter und horizontaler Richtung sowie rechtwinklig zur Richtung der Vorschubbewegung
verstellt werden kann.
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Für die Prüfung einer äußeren zylindrischen Oberfläche besitzt der
die Meßfühler tragende Rahmen E einen senkrechten Arm EI sowie zwei horizontale
Arme E2 und E8, die von dem senkrechten Arm aus nach vorn abstehen, wobei der eine
nahe über dem Werkstück G und der andere in Abstand unter dem Werkstück verlaufen.
Im oberen horizontalen Arm E2 des Rahmens befindet sich ein Anschlagfühler F, dessen
Arbeitsspitze an der zu prüfenden Werkstückoberfläche oben angreift, während ein
am Werkstück unten angreifender Meßfühler Pl mittels zweier paralleler Gelenkfederbänder
J am Rahmen E gelagert ist.
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Durch das Gewicht des Rahmens E ist der Tragschlitten C um die FührungswelleB
herum einseitig belastet, so daß er den Anschlagfühler F an der zu prüfendenWerkstückoberfiäche
in Angriff hält. Ein Gegengewicht ist in Form eines Armes D1 vorgesehen, der nach
hinten aus dem Schlitten C hervorragt und mit einem an einem Abschnitt A2 des Gehäuses
befestigten Begrenzungsanschlag Al zusammenwirkt.
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Das untere Ende des Meßfühlers F1 trägt das bewegliche Teil F2 eines
elektrischen Detektors, dessen ruhender Teil F3 so an dem unteren horizontalen ArmE3
des Rahmens E angebracht ist, daß er auf der gleichen, im wesentlichen vertikalen
Linie verläuft, in welcher die Fühler F und F1 angeordnet sind.
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Bei Verwendung des Meßgerätes fahren die beiden Fühler F bzw. Fl
nach richtiger Einstellung des Werkstücks G auf diametral einander gegenüberliegenden
Arbeitsbahnen an der Prüffläche des Werkstücks entlang, wobei sich der Schlitten
C an der Führungswelle B entlangbewegt. Dabei löst die relativ zum Schlitten C vertikal
verlaufende Bewegung des Meßfühlers Ft ein Signal am Ausgang des Detektors F2, F3
aus, das in herkömmlicher Weise verstärkt und einem elektrischen Schreib anzeigegerät
zugeleitet wird. Das vom Detektor F2, F3 abgegebene Signal stellt ein genaues Maß
für die Anderungen des Werkstückdurchmessers im gesamten Längenverlauf der Prüffläche
dar.
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Erfindungsgemäß ist eine Prüf-Einstellvorrichtung L, K vorgesehen,
welche ein sich axial erstreckendes V-Lager für die Führungswelle B enthält, wobei
zwei oder mehr in axialen Abständen voneinander befindliche Paare von in Winkelabstand
voneinander angeordneten Lagerelementen K an einem V-förmigen Unterteil Kl vorgesehen
sind, dessen die V-Schenkel halbierende Ebene durch die Achse der Führungswelle
B hindurchgeht und im wesentlichen mit der Halbierungsebene der V-Schenkel der Lagerung
des Fühlerschlittens C übereinstimmt. Die Prüf-Einstellvorrichtung enthält eine
Einrichtung, durch die das V-Lager K relativ zu den am Gehäuseunterteil A angebrachten
Haltern A3 um eine horizontale Achse drehend hin- und hergeschwenkt wird. Die Schwenkbewegung
des V-Lagers K erfolgt über einen starr am V-förmigen Lagerunterteil Kl befestigten
Arm L, dessen anderes Ende gegen eine exzentrische Steuerkurve Ll angedrückt wird,
die von einem Motor angetrieben wird. Das hintere Ende des Armes L wird dabei mittels
einer Federt2 in Angriff an der Steuerkurve L1 gehalten. Die Steuerkurve L1 ist
so gelagert, daß sie im Betrieb eine exzentrische Drehbewegung relativ zu einem
auf dem Gehäuseunterteil A befindlichen Halter A4 ausführt. Dadurch wird das V-Lager
K veranlaßt, um seine Achse vor- und zurückzuschwenken und dadurch über die Welle
B eine entsprechende Vor- und Rückwärtsbewegung des Fühlerschlittens C und des von
diesem getragenen Fühlerrahmens E herbeizuführen. In dieser Weise werden also die
beiden Meßfühler F und F1 über die Werkstückprüffläche in einer im wesentlichen
zur Längsrichtung der Prüffläche senkrechten Richtung hin- und herbewegt, wobei
der Meßfühlerausschlag von Fl laufend über den Detektor am Schreibanzeigegerät festgehalten
wird. Die Lage des Werkstücks G kann sodann mittels des zweiteiligen Werkstückhalters
H nach Maßgabe der am Schreibzeigergerät erscheinenden Kurve genau eingestellt werden.
Befindet sich das Werkstück G in einem völlig falschen Abstand von der Führungswelle
B, dann erscheint als Kurve eine periodische Welle mit großer Amplitude und einer
der Hin- und Herbewegung gleichen Frequenz, weil die Fühler F und Ft an keinem Punkt
der Hin-und Herbewegung jeweils an den Enden eines Durchmessers der Prüffläche angreifen,
so daß während des einen Hubes jeder Periode ihrer
Arbeitsbewegung der Abstand zwischen
den Fühlern auf ein Maximum anwächst und während des nächsten Hubes auf ein Minimum
abnimmt. Wenn nun das Werkstück durch die beiden Teile des einstellbaren Werkstückhalters
H so eingestellt wird, daß die Fühler F und F1 annähernd in der Mitte jeden Hubes
einen Durchmesser des Werkstückes kreuzen, dann erscheint die Frequenz der aufgeschriebenen
Kurve verdoppelt, während ihre Amplitude verringert ist, weil nunmehr während jeder
Periode der Hin- und Herbewegung der Abstand zwischen den Fühlern F und Ft annähernd
in der Mitte jedes Arbeitshubweges zweimal auf ein Maximum anwächst.
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Ist das Werkstück G in der vorstehend beschriebenen Weise in die
richtige Lage genau eingestellt worden, so wird die Prüf-Einstellvorrichtung ausgeschaltet
und nurmehr die Vorschubbewegung zur Messung der Veränderung des Durchmessers des
Werkstücks eingeschaltet.
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Damit Werkstücke verschiedener Größen geprüft werden können, ist
der Anschlagfühler F vorzugsweise im oberen horizontalen Arm E2 des Fühlertragrahmens
E so angebracht, daß er in vertikaler Richtung einstellbar ist. Außerdem ist es
möglich, auf dem Schlitten C einen anderen Rahmen E anzubringen, der die Prüfung
des Innendurchmessers von zylindrischen Werkstücken ermöglicht. Die F i g. 3, 4
und 5 zeigen die zu diesem Zweck durch Einsetzen eines anderen Rahmens abgeänderte
Vorrichtung. Hierbei besitzt der Rahmen eine Stange E4 in Rohrform, die sich durch
das hohle zu prüfende Werkstück G hindurch erstreckt und durch ein Paar Arme E5
an ihren Enden gehalten wird, wobei die Verbindung zwischen mindestens einem dieser
Arme und der Stange in Form einer lösbaren Kupplung Es ausgebildet ist. Ein Querstück
D2 trägt die Arme Es und ist abnehmbar am Schlitten C angebracht. Die sich durch
das Werkstück G hindurch erstreckende Stange E4 trägt die beiden Meßfühler F4 und
F5, wobei der AnschlagfühlerFs direkt an der StangeE4 und der MeßfühlerF4 beweglich
angebracht ist, so daß er entsprechend dem Werkstückdurchmesser einen Detektor betätigen
kann, dessen ruhender Teil relativ zur Stange E4 ortsfest angebracht ist. Die Arbeitsweise
der Prüf-Einstellvorrichtung K, L und ihrer Antriebsglieder L, Lt ist die gleiche
wie im Beispiel gemäß Fig. 1 und 2.
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Die erfindungsgemäße Prüf-Einstellvorrichtung kann auch in der in
Fig.6 gezeigten Weise abgewandelt werden, wobei der Fühlerschlitten M mittels eines
axial verlaufenden V-Lagers beweglich auf einer Welle N gelagert, während unterhalb
dieser Hauptführungswelle N eine zusätzliche Führungswelle P im Gehäuse gelagert
ist. An dem Schlitten M ist ein Arm M1 befestigt, der hinter der Hauptführungswelle
N nach unten ragt und am unteren Ende ein Anschlagglied M2 besitzt, das an der zusätzlichen
Welle P angreift. Die zusätzliche Führungswelle P ist so gelagert, daß sie sich
um eine exzentrische Achse Pl drehen kann, wobei die exzentrische Drehbewegung z.
B. über eine Riemenscheibe von einem Elektromotor Qt her erfolgt. Die exzentrische
Drehbewegung der zusätzlichen Führungswelle P verursacht eine abwechselnde Vorwärts-
und Rückwärtsbewegung des Schlitten arms M1 zugleich mit einer längs eines Bogens
erfolgenden Hin- und Herbewegung des Fühlerschlittens M und des von diesem
getragenen
Rahmens R um die Hauptführungswelle N herum. Dabei muß der Anschlagfühler St und
der Meßfühler S über Gelenkfederbänder am Schlittenarm R gelagert sein. Es werden
zwei Detektoren T und T1 verwendet, deren Ausgangsimpulse über eine Differentialschaltung
dem Schreibanzeigegerät zugeführt werden.
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Der Rahmen R ist wiederum abnehmbar am Schlitten M angebracht, so
daß er durch einen anderen Rahmen zum Prüfen des Innendurchmessers eines zylindrischen
Werkstücks ersetzt werden kann.