DE1623271B2

DE1623271B2 - Vorrichtung zum beruehrungslosen messen von gekruemmten werkstueckflaechen

Info

Publication number: DE1623271B2
Application number: DE19671623271
Authority: DE
Inventors: William C I akewood Ohio Albertsonjun (V St A)
Original assignee: Owens Illinois Inc
Current assignee: OI Glass Inc
Priority date: 1965-07-29
Filing date: 1967-05-29
Publication date: 1973-07-19
Also published as: DE1623271C3; FR1535514A; US3321838A; DE1623271A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum berührungslosen Messen von gekrümmten Werkstückflächen mit einer Halterung für das Werkstück und einem Tastkopf mit mehreren pneumatischen Meßtastern, die senkrecht zur Werkstückfläche angeordnet sind, wobei Halterung und Tastkopf gegeneinander drehbeweglich angeordnet sind.

In einer Reihe von Anwendungsfällen ist erwünscht, gekrümmte Werkstückflächen ohne Berührung der Oberfläche zu messen, um eine Beschädigung derselben zu vermeiden. Zu diesem Zweck sind sogenannte pneumatische Meßtaster bekanntgeworden, bei denen die durch eine Düse auf die Werkstückoberfläche ausströmende Druckmittelmenge pro Zeiteinheit ein Maß ist für den Abstand von Düsenöffnung zur Werkstückoberfläche. In diesem Zusammenhang ist ferner bekanntgeworden, axial bewegliche Düsen zu verwenden (britische Patentschrift 839 996).

Zum Messen von Turbinenschaufeln ist auch eine Meßvorrichtung bekanntgeworden, bei der eine Reihe von pneumatischen Meßtastern vorgesehen ist. Die Turbinenschaufel ist fest in einer nicht bewegbaren Halterung eingespannt. Die Meßtaster sitzen auf einem Schlitten und sind mit dessen Hilfe auf die Turbinenschaufel zu oder von ihr fort beweglich und können außerdem senkrecht zur ersten Bewegungsrichtung verstellt werden. Im übrigen sind die Düsen der Meßtaster fest und werden in einem bestimmten Abstand zur Oberfläche des Werkstücks eingestellt. Obwohl eine derartige Meßvorrichtung zwar grundsätzlich geeignet ist, Innenflächen von Stirnteilen von Kathodenstrahlröhren zu messen, kann eine Anwendung der bekannten Vorrichtung hierauf als nicht besonders geeignet angesehen werden. Zum einen würde durch die feste Zuordnung von Werkstückhalterung und Düsen jeweils nur ein einziger Punkt von einer Düse gemessen. Ferner vermögen die festen Düsen einer verhältnismäßig großen Unebenheit an der Innenfläche nicht auszuweichen und können daher beim Einstellen gegenüber der zu messenden Fläche beschädigt werden (USA.-Patentschrift 2 854 756).

Bei einer anderen bekannten Meßvorrichtung, die der oben beschriebenen ähnlich ist, ist die Werkstückhalterung verstellbar gegenüber dem Tastkopf angeordnet. Bei in Meßstellung gefahrenen Meßtastern läßt sich jedoch eine Verdrehung der in der Werkstückhalterung eingespannten Turbinenschaufel um Bruchteile eines Winkels durchführen. Diese Verdrehung erfolgt jedoch nicht zu dem Zweck, mit einer Düse eine große Anzahl von Meßpunkten zu durchfahren (USA.-Patentschrift 2 858 615).

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine wirksame Vorrichtung zum berührungslosen Messen von gekrümmten Werkstückflächen, insbesondere der In-

,50 nenfläche des Stirnteils einer Kathodenstrahlröhre zu schaffen, mit der auf einfache und wirksame Weise eine große Anzahl von Meßpunkten erhalten wird.

Bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Halterung mehrere schwenkbare Spannhebel aufweist, daß Halterung und Tastkopf um eine gemeinsame Achse gegeneinander um einen Winkel von 360° drehbeweglich sind und daß die Meßtaster in an sich bekannter Weise axial bewegliche Düsen aufweisen, die an einem Querarm des Tastkopfes in Abständen derart angeordnet sind, daß sie senkrecht zur Werkstückfläche bewegbar sind.

Bei der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung werden an sich bekannte axial bewegliche Düsen für die pneumatischen Meßtaster verwendet. Dies bringt den Vorteil mit sich, daß selbst größere Unebenheiten, wie sie bei der Herstellung des aus Glas bestehenden Stirnteils der Kathodenstrahlröhre ohne weiteres auf-

treten können, nicht zu einer Beschädigung der Meßtaster führen. Vielmehr können die beweglichen Düsen ohne weiteres diesen Unebenheiten folgen, was dann zu einem entsprechenden Auslösesignal führt.

Mit der Erfindung ist ferner eine zweckmäßige Vorrichtung geschaffen, mit der eine möglichst große Anzahl von Meßpunkten gemessen werden kann. Dies ist insbesondere bei Stirnteilen von Kathodenstrahlröhren von Wichtigkeit, denn die auf einem konzentrischen Kreis liegenden Punkte auf der Innenfläche des Stirnteils sollen einen möglichst exakt gleichen Abstand zur Elektronenquelle haben. Dies läßt sich ebenfalls mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung feststellen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Aüsführungsbeispiele der Erfindung sollen nachfolgend an Hand von Zeichnungen näher erläutert werden.

F i g. 1 zeigt eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

F i g. 2 zeigt einen Schnitt durch die Vorrichtung nach F i g. 1 entlang der Linie 2-2;

F i g. 3 zeigt einen Schnitt durch die Vorrichtung nach F i g. 2 entlang der Linie 3-3;

F i g. 4 zeigt einen Schnitt durch einen Teil der Vorrichtung nach F i g. 3 entlang der Linie 4-4;

F i g. 5 zeigt einen Schnitt durch die Vorrichtung nach F i g. 6 entlang der Linie 5-5;

F i g. 6 zeigt einen Schnitt durch die Vorrichtung nach F i g. 5 entlang der Linie 6-6;

F i g. 7 zeigt einen senkrechten Schnitt durch einen Taster für die Vorrichtungen nach den F i g. 2 bis 6. Nach F i g. 1 umfaßt die Vorrichtung einen Rahmen 41, der aus einer Grundplatte 42, voneinander auf Abstand gehaltenen hochstehenden Säulen 43 und einem oberen Querträger 44 besteht. Zur Auf- und Abbewegung eines Stirnteils 20 einer Kathodenstrahlröhre ist ein Tisch 45 vorgesehen. Gemäß den F i g. 1 und 3 ist der Tisch 45 auf einer senkrechten Welle 46 befestigt. Mit dem unteren Ende der Welle 46 verbunden ist ein Bügel 48, an dem Ketten 49 angreifen, an denen Gegengewichte 47 hängen. Die Ketten 49 sind über Kettenräder 50, 51 geführt. Die Welle 46 ist mit einer Zahnstange 52 versehen, die mit einem Zahnrad 53 auf einer in der Grundplatte 42 gelagerten waagerechten Welle 54 kämmt. An der Welle 54 ist ein Handrad 55 befestigt. Die Welle 46 kann durch Drehen des Handrades 55 gehoben und gesenkt werden. Entsprechend der Darstellung in F i g. 7 ist der Stirnteil 20 von einen aufgeblasenen elastischen Ring 56 gestützt, der auf dem Tisch 45 liegt. Mit Umfangsabstand angeordnete Arme 57 erstrecken sich nach oben und weisen Enden 58 aus Kunststoff auf, die eine seitliche Begrenzung für das Stirnteil 20 bilden und dadurch bei der Auflage des Stirnteils 20 auf dem Tisch 45 unterstützend mitwirken.

Wenn ein Stirnteil 20 auf dem Tisch 45 angeordnet ist und der Tisch 45 durch Drehen des Handrades 55 angehoben wird, wird der Stirnteil 20 im Bereich einer Halterung 60 in Stellung gebracht. Wie in den F i g. 2 und 3 gezeigt, ist die Halterung 60 mittels Lager 62 auf einer Welle 61 gelagert, die am Querträger 44 befestigt ist und sich nach unten erstreckt. Die Halterung 60 weist mehrere radial verlaufende Arme 63 auf. Jeder Arm 63 hält einen Spannhebel 64, der um eine waagerechte Achse auf einem an dem Ende de9 Armes 63 befestigten Bügel 65 schwenkbar gelagert ist. Das untere Ende jedes Spannhebels 64 wird von einer zwischen dem oberen Ende jedes Hebels 64 und einem einstellbaren An-

S schlag 67 auf einer mit Gewinde versehenen Welle 68 eingesetzten Feder 66 elastisch radial nach außen gedrückt.

Das untere Ende des Spannhebels 64 ist mit einer Öffnung 69 versehen, die einen Vorsprung 23 am

ίο Flansch 22 des Stirnteils 20 (F i g. 3) erfaßt. Ein Kolbenmotor 70 ist an einem Bügel 71, an die Halterung 60 angrenzend, an jedem Spannhebel 64 befestigt, wobei der Kolben bei Betätigung gegen das obere Ende des Hebels 64 nach außen vorsteht, um das untere Ende jedes Hebels 64 aus seinem Eingriff mit dem Vorsprung 23 nach innen zu bewegen.

Wenn der Tisch 45 angehoben wird, um den Stirnteil in Stellung zu bringen, werden die Kolbenmotoren 70 betätigt, um die unteren Enden der Spannhe-

bei 64 aus ihrer Stellung zu bringen. Wenn der Tisch 45 in Meßsteilung ist, werden die Kolbenmotoren 70 abgeschaltet und gestatten den Federn 66, die unteren Enden der Arme 64 nach außen zu drücken und dadurch Öffnungen 69 in den Vorsprüngen 23 zu erfassen. Der Tisch 45 wird dann abgesenkt, so daß der Stirnteil 20 in einer vorgegebenen Lage mit Bezug auf die festen Punkte gestützt bleibt, nämlich in bezug auf die Vorsprünge 23, die bei der weiteren Herstellung der Kathodenstrahlröhre als Bezugspunkte benutzt werden.

Die F i g. 3, 5 und 6 zeigen einen Tastkopf 75, der fest ah dem unteren Ende der Welle 61 gehalten ist und einen Querarm 76 aufweist, auf dem mehrere Meßtaster 80 angebracht sind. Nach F i g. 5 und 6 sind die Taster 80 an radial voneinander auf Abstand gehaltenen Punkten mit Bezug auf die Vorderplatte 20 angeordnet, so daß Umfangsabschnitte der Oberfläche S gemessen werden, wenn die Halterung 60 gedreht wird, nachdem der Tisch 45 abgesenkt worden ist.

Nach F i g. 7 umfaßt jeder Taster 80 ein Gehäuse 81, das an dem Querarm 76 mit einer Schraube 81 a befestigt ist. Eine Düse 82, die vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt ist, wird auf das untere Ende eines Taststößels 83 aufgeschraubt, der im Gehäuse

81 axial beweglich ist. Die Düse 82 ist mit einer Öffnung 84 versehen, die mit einer axialen Öffnung 85 im Taststößel 83 in Verbindung steht. Ein Teil des Stößels 83 ist bei 86 ausgeschnitten, um eine Kammer 87 zu bilden, in welche Luft von einer unter Druck stehenden Quelle (nicht gezeigt) über einen Schlauch 88, einen Verbinder 89 und eine Öffnung 90 in das Gehäuse 81 geführt wird. Der Taststößel 83 ist mit einer radialen Öffnung 91 versehen, die eine Verbindung zwischen der Kammer 87 und der Öffnung 85 herstellt. Die Düse 82 ist mit einer Schulter 92 versehen, welche eine Oberfläche bildet, gegen die der Umgebungsdruck wirkt. Der Umgebungsdruck oder atmosphärische Druck wirkt auch gegen andere freiliegende Teile des Stößels 83. Außerdem ist der Bereich, der an das offene Ende der öffnung 84 angrenzt, bei 93 ausgenommen.

Wenn durch die Düsenöffnung 84 Luft herangeführt wird, strömt sie seitwärts und radial nach außen zwischen dem Ende der Düse 82 und die Oberfläche S. Die Wirkung des Umgebungsdruckes und der Druck des Strömungsmittels, welches durch die Düse

82 strömt, und des Strömungsmittels, welches zwi-

sehen dem Ende der Düse 82 und der Oberfläche 5 strömt, bringt die Düse 82 zum Schweben, wobei sie in vorgegebenem Abstand von der Oberfläche S eine Gleichgewichtslage erreicht. Beim Drehen des Stirnteils 20 bewegt sich die Düse 82 nach oben oder nach unten relativ zu dem Gehäuse 81, sobald Abweichungen in der Kontur oder Lage der Oberfläche S auftreten, da sie versucht, den vorgegebenen Abstand von der Oberfläche S aufrechtzuerhalten. Dieser Abstand bleibt innerhalb eines weiteren Bereiches von Luftdruckschwankungen praktisch konstant.

An dem oberen Ende des Gehäuses 81 ist ein Differentialtransformator angeordnet, um die Lage der Düse 82 relativ zum Gehäuse zu ermitteln. Nach der Darstellung in F i g. 7 ist eine Transformatorbuchse 95 in das obere Ende des Gehäuses 81 eingeschraubt, und die Wicklungen des Differentialtransformators sind in der Buchse 95 untergebracht. Ein Kern 97 des Differantialtranformators ist auf das obere Ende des Taststößels 83 geschraubt, der aus nicht magnetischem Material hergestellt ist. Über die Transformatorbuchse 95 ist eine Kappe 98 geschraubt, um den Transformator in einer festen Lage zu halten. Der Anschluß der Wicklung 99 des Transformators erstreckt sich durch einen Gummiaugenring 100 nach außen. In der Transformatorbuchse 95 ist eine Entlastungsbohrung 95 α vorgesehen, um den Aufbau von Druck infolge eines Leckflusses um den Stößel 83 herum zu verhindern. Die Transformatorbuchse 95 wird in das Gehäuse 81 eingeschraubt, damit eine Nullage eingestellt werden kann.

Zwischen dem Transformator und einer Schulter 102 am Taststößel 83 ist eine schwache Schraubenfeder 101 eingesetzt, die die Düse 82 elastisch nach außen drückt.

Die Feder 101 unterstützt die Schwerkraft beim Auswärtsdrücken der Düse 82. Wenn die Düse 82 in einem Winkel zur Senkrechten angeordnet ist, hilft die Feder 101 zur Überwindung von Reibung bei einer Verstellung einer Düse eines horizontalen Tasters 80' (F i g. 3). Wenn der Taster wie bei 80 senkrecht angeordnet ist, dann kann die Feder 101 in Fortfall kommen.

Nach F i g. 3 ist der Taster 80' zum Abtasten der Innenfläche des hochstehenden Flansches 22 vorgesehen, der an eine Frontplatte 21 angrenzt. Der Taster 80' ist an einem Kolben eines Kolbenmotors 105 befestigt, so daß er in die Taststellung hinein vorgeschoben und aus ihr zurückgeschoben werden kann, damit er den Eintritt der Spannhebel 64 mit dem Flansch 22 nicht behindert.

Um dem Bedienungsmann, der die Stütze 60 von Hand dreht, anzuzeigen, daß eine vollständige Umdrehung stattgefunden hat, ist eine Arretierausnehmung 106 (F i g. 4) auf einem Flansch 107 der Halterung 60 vorgesehen, und an einem Arm 109 ist eine Arretierrolle 108 befestigt, die durch eine Feder 110 elastisch nach unten gedrückt wird, auf dem Flansch 107 entlangrollt und die Arretierausnehmung 106 erfaßt. Durch die Bewegung der Arretierrolle 108 wird ein Grenzschalter 111 betätigt, um eine Betätigung eines Magnetventils 131 zu verhindern, welches die Kolbenmotoren 70 und 105 nur betätigt, wenn die Spannhebel 64 mit Bezug auf die Kolbenmotore 70 und 105 richtig ausgerichtet sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum berührungslosen Messen von gekrümmten Werkstückflächen mit einer Halterung für das Werkstück und einem Tastkopf mit mehreren pneumatischen Meßtastern, die senkrecht zur Werkstückfläche angeordnet sind, wobei Halterung und Tastkopf gegeneinander drehbeweglich angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (60) mehrere schwenkbare Spannhebel (64) aufweist, daß Halterung (60) und Tastkopf (75) um eine gemeinsame Achse gegeneinander um einen Winkel von 360° drehbeweglich sind und daß die Meßtaster in an sich bekannter Weise axial bewegliche Düsen aufweisen, die an einem Querarm (76) des Tastkopfes (75) in Abständen derart angeordnet sind, daß sie senkrecht zur Werkstückfläche bewegbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Querarm (76) ferner mindestens ein den Umfang (22) des Werkstücks abtastender Meßtaster (80) vorgesehen ist, der mittels eines pneumatischen Kolbenmotors (105) aus seiner Abtaststellung radial einwärts beweglich ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß drei schwenkbare Spannhebel (64) vorgesehen sind, daß die Spannhebel (64) Federn (66) aufweisen, durch die sie in ihre Spannstellung drückbar sind, und daß pneumatische Kolbenmotoren (70) vorgesehen sind, durch die die Spannhebel in ihre Freigabestellung drückbar sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme des Werkstücks (20) in der Freigabestellung der Spannhebel (64) ein Tisch (45) vorgesehen ist, der gegenüber der Halterung (60) und dem Tastkopf (75) axial verschiebbar angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (60) drehbar ist und mittels einer Arretiervorrichtung (106 bis 110) nach jeder vollen Umdrehung feststellbar ist und daß der Tastkopf (75) drehfest angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein von der Arretiervorrichtung (106 bis 110) betätigbarer Schalter (111) vorgesehen ist, der ein die Luftzufuhr zu den Kolbenmotoren (70, 105) steuerndes Magnetventil (131) nur dann öffnet, wenn der Umfang (22) des Werkstücks durch die Spannhebel (64) erfaßt und ausgerichtet ist.