DE1673854C3

DE1673854C3 - Vorrichtung zur Exzentrizitätsmessung

Info

Publication number: DE1673854C3
Application number: DE19681673854
Authority: DE
Inventors: Karl 7220 Muehlhausen Hutter
Original assignee: Hommelwerke GmbH
Current assignee: Jenoptik Industrial Metrology Germany GmbH
Priority date: 1968-03-09
Filing date: 1968-03-09
Publication date: 1975-12-18
Also published as: DE1673854B2; DE1673854A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Exzentrizitätsmessung an einem Werkstück mit zwei exzentrisch zueinander angeordneten Zylinderflächen, mit vier jeweils um 90° versetzt angeordneten Einrichtungen zur Erzeugung abstandsproportionaler elektrischer Spannungen, die radial in einer gemeinsamen Ebene verschiebliche und an eine Zylinderfläche anlegbare Gehäuse aufweisen, wobei jeweils zwei gegenüberliegende Einrichtungen an Subtraktionsnetzwerke angeschlossen sind, die an mit Anzeigevorrichtungen verbundene Additionsnetzwerke angeschlossen sind.

Es sind bereits Einrichtungen zur Exzentrizitätsmessung bekannt, bei denen das Werkstück um die Achse seiner einen Zylinderfläche gedreht wird. An der anderen Zylinderfläche liegt der Stößel eines Längenmeßtasters an, dessen Maximal- und Minimal- ausschlage ein Maß für die Exzentrizität der einen Zylinderfläche zu der anderen sind. Bei diesen bekannten Einrichtungen ist es also grundsätzlich erforderlich, das Werkstück exakt geführt zu drehen Das Werkstück liegt dabei mit der geführten Flächf in der Regel in einer keilförmigen Rille, wobei ar diese Zylinderfläche angreifende Mitnehmerrolien füi die Drehung des Werkstücks sorgen. Durch di< Drehur," in der keilförmigen Rille können leich Fehler durch an den Seitenflächen der Rille oder ai der geführten Zylinderfläche anhaftende Körncher auftreten, und außerdem besteht der Nachteil, dal sich die Führungsflächen abnutzen. Von ganz beson derer Bedeutung und nachteiliger Auswirkung is jedoch neben dem erforderlichen Antrieb für dk Drehung des Werkstücks die erforderliche Zeit spanne, um das Werkstück eine Umdrehung aus führen zu lassen. Die Zeit kann nicht sehr klein sein weil andernfalls die Beschleunigungen zu groß sine und zu Meßfehlern führen. Eine langsame BeschJeu nigung und lange Umdrehungszeit bringt unter Umständen Nachteile für die nachfolgende elektrische Auswertung, bei der die Maximal- und Minimaiweite zu speichern sind, und außerdem wird natürlich die Meßgeschwindigkeit in unerwünschter Weise lang.

Bei der Drehung des Werkstücks bei diesen bekannten Einrichtungen ist weiter von Nachteil, daE die Meßstößel an der nicht geführten exzentrischer Zylinderfläche durch Reibung an dieser Zylinderfläche im Laufe der Zeit abgenutzt werden. Diese Abnutzung erfordert häufige Nachjustierungen unc bringt grundsätzlich die Gefahr von Ungenauigkeiter mit sich. Insgesamt ist bei diesen bekannten Einrichtungen der erforderliche Antrieb, die lange Meßzeit der große Aufwand und die Abnutzung der Meßorgane von großem Nachteil.

Durch die GB-PS 5 74 618 ist eine Vorrichtung zur Bestimmung der Exzentrizität eines Leiters ir einem isolierten Kabel bekannt. Durch den Leitci wird bei der Messung Wechselstrom geschickt, se daß in Spulen, die symmetrisch in 90°-Abständer um das Kabel herum angeordnet sind und sich ir radial verschieblichen Gehäusen befinden, Spannungen induziert werden, die im wesentlichen dem Ab· stand zwischen der Kabelseele und der Außenfläche des Isoliermaterials des Kabels proportional sind Voraussetzung für das Funktionieren dieser Meßvor richtung ist also ein Meßobjekt mit einem stromdurchflossenen Leiter und einer diesen umgebender Isolierschicht. Für Meßobjekte, die eine solche Iso lierschicht nicht aufweisen, ζ. Β. Nockenwellen, is eine solche Vorrichtung nicht verwendbar. Darübei hinaus ist von Nachteil, daß die Vorrichtung nui dann eindeutige Ergebnisse liefert, wenn der Durchmesser der Kabelseele vernachlässigbar klein geger den Durchmesser des Kabels selbst ist. Da über Sek toren gemittelte Abstände gemessen werden, ist ein< exakte Exzentrizitätsmessung nicht möglich. Da ein« Einstellmöglichkeit der Meßvorrichtung zu bestimm ten Bezugsflächen nicht möglich ist, ist auch ein< Exzentrizitätsmessung zweier Zylinderflächen grund sätzlich nicht möglich.

Durch die DT-PS 9 02 556 und 11 00 978 sine Vorrichtungen zur Exzenlrizitätsmessung bekannt bei denen an jeder Zylinderfläche der Meßobjekti ein elektrischer Meßtaster angelegt wird. Die Meß taster liegen parallel, arbeiten in verschiedener Ebenen und sind unabhängig voneinander. Die Meß Objekte oder die Meßtaster rotieren. Die Meßtaste liefern voneinander unabhängige Meßergebnisse, di< miteinander verglichen werden. Aus der Größe de

gegenseitigen Abweichung der Meßwerte wird auf die Exzentrizität der Flächen geschlossen. Eine durch das System Meßobjekt/Meßvorrichtung bereits beim Meßvorgang selbst vorgegebene Bezugsgröße oder Bezugsfläche, bezüglich de- absolute Achs-Exzentrizitätsbestimmungen möglich sind, ist nicht vorhanden. Bei verhältnismäßig kleinen Gegenständen ist der Fehler durch nichtexzentrisches Einspannen besonders groß. Die zur Erzielung der Meßergebnisse vorgesehene Rotation entweder des Meßobjekts oder der Meßtaster hat die bereits eingangs beschriebenen Nachteile, nämlich Notwendigkeit eines Antriebs, exakte Führung, Ungenauigkeit und Abnutzung durch Schmutz und lange Meßzeit.

Durch die GB-PS 8 54 498 ist eine Meßvorrichtung zum Vergleich einer rotierenden Nockenwelle mit einer rotierenden Urnockenwelle (Meister) bekannt, bei der eine Abweichung des Nockenprofils von dem Profil des Urnockens festgestellt werden kann. Eine Exzentrizitätsmessung findet nicht statt. Sie kann auch nicht stattfinden, weil die beiden zu vergleichenden Teile räumlich voneinander getrennte Werkstücke sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Exzentrizitätsmessung zu schaffen, bei der eine Drehung des Werkstückes nicht mehr erforderlich ist, so daß ein Antrieb entfallen kann, die Meßzeit kurz und der Aufwand gering ist und keine Abnutzung an den Meßorganen auftritt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Einrichtungen elektrische Längenmeßtaster sind, die radial gerichtete, in einer gemeinsamen Ebene liegende Meßstößel zur Längenmessung aufweisen, die in der gleichen Radialrichtung wie die zugehörigen Gehäuse verschieblich sind, daß die Gehäuse mit jeweils quer zur Meßstößelrichtung und quer zur Achse der Zylinderfläche gerichteten, im Abstand von der Meßstößelebene angeordneten Anschlagschneiden versehen sind und daß die Meßstößel zu den Anschlagschneiden parallele Meßschneiden aufweisen.

Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung einer Vorrichtung zur Exzentrizitätsmessung wird eine Drehung des Werkstückes dadurch überflürsig, daß vier jeweils um 90° versetzte Meßeinrichtungen vorgesehen sind, die in vier jeweils um 90° um den Umfang des Werkstücks herum versetzten Radialrichtungen den Tangentialabstand zwischen den Zylinderflächen messen. Die Meßwerte jeweils eines Paares gegenüberliegender Meßtaster werden voneinander subtrahiert, und die sich ergebenden Differenzwerte werden geometrisch addiert. Das Ausgangssignal am Additionsnetzwerk ist dann ein Maß für die Exzentrizität, die unmittelbar bei Anliegen der Meßtaster angezeigt wird. Für den Meßvorgang selbst ist damit überhaupt keine Zeit mehr erforderlich, die Anzeige erfolgt unmittelbar. Maßgebend für die Taktgeschwindigkeit bei Messungen in der Massenfertigung ist damit allein die Zuführungs- und Wegführungsgeschwindigkeit des Werkstücks sowie die Zeit, die erforderlich ist, um die Meßtaster mit ihren Meßschneiden zur Anlage zu bringen.

Besonders einfach gestaltet sich die geometrische Addition, wenn die beiden Paare gegenüberliegender elektrischer Längenmeßtaster mit um 90 phasenvcrschobenen Wechselspannungen gespeist sind. In dem Additionsnetzwerk erfolgt dann lediglich noch eine einfache Summenbildung durch Überlagerung. Da

das Ausgangssignal des Additionsnetzwerkes in der Rege! sehr schwach sein wird, wird es in der Regel zweckmäßig sein, der nachfolgenden Anzeigeeinrichtung noch einen Verstärker vorzuschalten.

Auf Grund wenigstens zweier Exzentrizitätsmessungen an verschiedenen Stellen in Achsrichtung des Werkstückes läßt sich die Schiefheit bestimmen, also die Winkelabweichung der Achse der einen Rotationsfläche zu der Achse der anderen Rotationsflache. Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht daher vor, daß zur Schiefheitsmessung wenigstens zwei jeweils aus vier zusammenarbeitenden elektrischen Längenmeßtastern bestehende Sätze von Längenmeßtastern vorgesehen sind, die mit ihren Anschlagschneiden und ihren Meßschneiden jeweils an den gleichen Zylinderflächen, jedoch an axia! nebeneinanderliegenden Stellen anliegen.

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung nachfolgend näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt den mechanischen Teil eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Einrichtung;

Fig. 2 zeigt ein elektrisches Blockschaltbild des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1;

Fig. 3 dient zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Einrichtung, insbesondere des Ausführungsbeispieis gemäß F i g. 1 und 2, und

Fig. 4 zeigt eine Einrichtung entsprechend F i g. 2, jedoch mit Mitteln zur Bestimmung der Winkellage der Exzentrizität.

In F i g. 1 ist ein Werkstück 1 mit einer Zylinderfläche 2 und mit einer Zylinderfläche 3 dargestellt. Die Zylinderfläche 2 kann beispielsweise die Außenfläche einer Welle sein, an deren Ende sich ein Zapfen befindet, dessen Außenfläche durch die Zylinderfläche 3 gebildet ist.

Rund um das Werkstück 1 sind vier gleiche, jeweils um 90° versetzte Meßeinheiten angeordnet. Der Einfachheit halber sind gleiche Teile in allen Meßanordnungen mit gleichen Bezugszeichen versehen. Zur nachfolgenden Unterscheidung in der elektrischen Schaltung sind an den Anschlußkabeln die Meßspannungen T₁, T„, 7\, und T₄ angegeben. Jede Meßanordnung weist einen Tisch 4 auf, auf dem ein Wagen 5 gehalten ist. Die Wagen 5 sind, jeweils unter Berücksichtigung der Versetzung um 90°, radial in Richtung auf das Werkstück 1 hin- und herfahrbar. Beim Hinfahren auf das Werkstück 1 kommen Anschlagschneiden 6 an der Zylinderfläche 3 zur Anlage, so daß der Wagen 5 eine genau definierte Lage in bezug zu der ZylinderfHichc 3 hat. Damit haben auch von Blöcken 7 gehaltene Gehäuse 8 von elektrischen Längenmeßtastern 9 eine bestimmte Bezugslage zu der Zylinderfläche 3, wenn die Anschlagschneiden 6 anliegen. An Meßstößeln 10 der Längenmeßtaster 9 befinden sich Meßschneiden 11, die jeweils parallel zu den Anschiagschneiden 6 verlaufen und an der Zylinderfläche 2 des Werkstücks 1 anliegen, wenn die Wagen 5 auf das Werkstück 1 zugefahren sind.

Die elektrischen Längenmeßtasier 9 geben übci Anschlußkabcl 12 die elektrischen Meßspannunger T₁ bis T₄ ab, die proportional deir Ausschlag dei Meßschneiden Π im Verhältnis zu den Anschlag schneiden 6 sind.

F i g. 2 zeigt das elektrische Blockschaltbild, in da; die elektrischen Längenmeßtaster 9 über die An sch'ußkabcl 12 eingeschaltet sind. Das obere Paa der Längenmeßtaster 9, deren Meßstößel in vertikale

Richtung, also in einer Y-Ebene, verschieblich sind, wird von einem Trägerfrequenzgenerator 13 mit einer Wechselspannung gespeist, die cos ω t proportional ist. Das untere Paar von Längenmeßtastern 9, deren Stößel in horizontaler Richtung, also in einer A'-Ebene, beweglich sind, wird von dem Trägerfrequenzgenerator 13 mit einer Wechselspannung gespeist, die dem Wert sina>< proportional ist.

In einem Subtraktionsnetzwerk 14 wird die Differenz T₃ — T₄ gebildet, während in einem Subtraktionsnetzwerk 15 die Differenz T, - T₂ gebildet wird. Die beiden Differenzspannungen T₁ — T₂ und T₃ — T₄ gelangen in ein Additionsnetzwerk 16, in dem sie überlagert werden, so daß als Ausgangssignal an dem Additionsnetzwerk 16 ein Wert erscheint, der ein Maß für die Exzentrizität ist. Die Ausgangsspannung des Additionsnetzwerks 16 wird in einem Verstärker 17 verstärkt, einem Gleichrichter 18 gleichgerichtet und mittels eines Anzeigeinstruments 19 zur Anzeige gebracht. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist dem Anzeigeinstrument 19 ein Grenzwertschalter 20 parallel geschaltet, der so einstellbar ist, daß durch ihn unmittelbar Einrichtungen zum Sortieren der Werkstücke in »gut« und »Ausschuß« gesteuert werden können.

F i g. 3 erläutert die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Einrichtung, insbesondere der Meßeinrichtung gemäß F i g. 1 und 2. Die Zylinderflächen 2 und 3 sind ebenso wie in der F i g. 1 bezeichnet. In die Zeichnung sind die geometrischen Beziehungen eingezeichnet. Daraus ergeben sich folgende Beziehungen:

Auf Grund der Additionstheoreme und durch Summenbildung ergibt sich damit:

e —

cos (a · ω t)

(10)

Γ,=	T₂-T₁-	*C_x*	O)
τ-·	γ — ρ -ή-	e_x	(2)
ηη	^ri - ^rx -	^ex	(3)
T₄ =		*^ey*	(4)

Somit gilt:

T₁ — T₂ = r„ — r, — C_x - r₂ + T₁ — e_x = -Ie_x

T₅-T, = T₂-T₁- c_y -T₂^r_x- e_y = -2e_y

(6)

Durch geometrische Addition von (5) und (6) ergibt sich:

= 2e

Verwendet man für jeweils ein Paar von Längenmeßtastern 90° zueinander verschobene Wechselspannungen, so gilt für die beiden Komponenten in X- und Y-Richtung:

Ie_x — 2-e-sin«
2c„ = 2·e-cos λ

F i g. 4 ist ein Blockschaltbild, das im wesentlichen dem gemäß F i g. 2 entspricht. Ein Unterschied besteht jedoch darin, daß als Gleichrichter ein gesteuerter Gleichrichter 18' verwendet ist, der von der Wechselspannung des Trägerfrequenzgenerators 13 gesteuert ist. Die Steuerwechselspannung ist durch einen zwischen dem Trägerfrequenzgenerator 13 und dem gesteuerten Gleichrichter 18' liegenden Phasenschieber 21 zwischen und 0 und 360° einstellbar. Die eingestellte Phasenverschiebung des Phasenschiebers 21 wird in einer Anzeigeeinrichtung 22 zur Anzeige gebracht. An den gesteuerten Gleichrichter 18' ist über ein Differenzierglied 23 ein Nullindikator 24 angeschaltet.

Wird bei der in F i g. 4 dargestellten Blockschaltung der Phasenschieber 21 so lange verstellt, bis der Nullindikator 24 auf Null zeigt, so kann an der Anzeigeeinrichtung 22 der Winkel α (s. F i g. 3) abgelesen werden, der die Richtung oder Winkellage der Exzentrizität angibt.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist in der vielgestaltigsten Weise abwandelbar. Statt zweier nach außen gerichteter Zylinderflächen 2 und 3 kann auch die Exzentrizität zweier Zylinderflächen gemessen werden, von denen die eine innen und die andere außen liegt, die Meßeinrichtung ist dann lediglich in für jeden Fachmann naheliegender Weise anders zu gestalten.

Eine andere Abwandlung kann darin bestehen, daß die erfindungsgemäße Einrichtung zur Exzentrizitätsmessung in entsprechender Anwendung der zugrunde liegenden Lehre als Schiefstandsmeßeinrichtung ausgebildet wird. Unter Schiefstand ist dabei beispielsweise die Schiefe oder Neigung einer Fläche zu einer anderen, beispielsweise die eine Stirnfläche eines A, „sstücks zu der anderen Stirnfläche oder zu einer auf der Achse tatsächlich senkrecht stehenden Fläche, zu verstehen. Solche Flächen können als Abwinklung zweier exzentrisch zueinander liegender Zylinderflächen aufgefaßt werden. Entsprechend sind dann die Längenmeßtaster alle gleichgerichtet angeordnet, sie stoßen mit ihren Anlageschneiden an die eine der beiden zueinander schief stehenden Flächen an, während die Meßstößel au der anderen Fläche aufliegen.

Schließlich ist es bei einer erfindungsgemäßen Ein richtung zur Exzentrizitätsmessung auch unter Um ständen möglich, nur mit zwei elektrischen Längen meßtastern auszukommen, wenn die Durchmesse des zu messenden Werkstücks immer gleich und vor herbekannt sind. Die Durchmesser können dan: ebenfalls herausfallen, so daß als Meßwert lediglic der Exzentrizitätswert erscheint.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Exzentrizitätsmessung an einem Werkstück mit zwei exzentrisch zueinander angeordneten Zylinderflächen, mit vier jeweils um 90° versetzt angeordneten Einrichtungen zur Erzeugung abstandsproportionaler elektrischer Spannungen, die radial in einer gemeinsamen Ebene verschiebliche und an eine Zylinderfläche anlegbare Gehäuse aufweisen, wobei jeweils zwei gegenüberliegende Einrichtungen an Subtraktionsnetzwerke angeschlossen sind, die an mit Anzeigevorrichtungen verbundene Additiunsnetzwerke angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen elektrische Längenmeßtaster (9) sind, die radial gerichtete, in einer gemeinsamen Ebene liegende Meßstößel (10) zur Längenmessung aufweisen, die in der gleichen Radialrichtung wie die zugehörigen Gehäuse verschieblich sind, daß die Gehäuse (8) mit jeweils quer zur Meßstößelrichtung und quer zur Achse der Zylinderfläche (2) gerichteten, im Abstand von der Meßstößelebene angeordneten Anschlagschneiden (6) versehen sind und daß die Meßstößel (10) zu den Anschlagschneiden (6) parallele Meßschneiden (11) aufweisen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Paare jeweils gegenüberliegender elektrischer Längenmeßtaster (9) mit um 90° phasenverschobenen Wechselspannungen gespeist sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Schiefheitsmessung wenigstens zwei jeweils aus vier zusammenarbeitenden elektrischen Längenmeßtastern (9) bestehende Sätze von Längenmeßtastern (9) vorgesehen sind, die mit ihren Anschlagschneiden (6) und ihren Meßschneiiden (11) jeweils an den gleichen Zylinderflächen (3 bzw. 2), jedoch an axial nebeneinanderliegenden Stellen, anliegen.