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Verfahren und Vorrichtung zum Messen von Formfehlern Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen von Formfehlern bei
UmSangskonturen von Prüflingen mit Hilfe einer Tastmeßeinrichtung und unter Verwendung
eines eine Bezugskontur aufweisenden Lehrstückes.
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Zur Rundheitsmessung werden bisher Geräte mit einem sehr exakten Rundlauf
benötigt, damit derEigenfehler wesentlich kleiner als die kleinste Meßgröße ist.
Demzufolge müssen solche Geräte höchsten Anforderungen an Präzision genügen und
sind entsprechend teuer. Sie'lassen sich wegen ihres Gewichts, ihrer Größe und ihrer
verhältnismäßig komplizierten Bedienung außerdem nur in Laboratorien oder Meßrgumen
verwenden.
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Zum Ausmessen von Kurvenscheiben ist vorgeschlagen worden, parallel
zur Kurvenscheibe eine Musterkurve anzuordnen und ein Gerät mit zwei parallelen
Tastbolzen zu verwenden, von denen der eine sich an der Unterlage für eine Meßuhr
befindet und jeweils an eine Stelle der Nusterkurve angedrückt wird, während der
andere Tastbolzen zu der Meßuhr gehört und sich an die Kurvenscheibe anlegt. Die
Prüfung erfolgt jeweils durch Ansetzen dieses Geräts an mehrere Stellen der Kurvenscheibe
und der Nusterkurve (Leinweber, Taschenbuch der Längenmeßtechnik, 1954, Seite 626).
Hierbei handelt es sich um eine improvisierte und primitive Prüfung, die außerdem
nur an einzelnen Punkten der Kurve vorgenommen werden kann. Für eine Messung über
einen Winkel von 360° ist ein solches Gerät nicht geeignet.
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Ziel der Erfindung ist es, bestehende Nachteile und Unzulänglichkeiten
zu überwinden und eine Möglichkeit zu finden, um Formfehler an Innen- oder Außenkonturen
von PrAflingen auf einfache, wenig aufwendige und den Erfordernissen der Praxis
besonders gut gerecht werdende Weise zu messen. Ferner soll mit der Erfindung eine
Vorrichtung zur Durchführung einer solchen Messung geschaffen werden, iie sich durch
unkomplizierten Aufbau und leichte Handhabung sowie vielseitige Einsetzbarkeit auszeichnet
und ohne hohe Kosten hergestellt werden kann. Weiterhin strebt die Erfindung eine
solche Ausbildung der Vorrichtung an, daß sie die Lösung verschiedener Meßaufgaben
gestattet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß für die Xessung
der Innenkontur eines Prüflings ein Lehrstück mit einer durch eine Außenfläche gebildeten
Bezugskontur und fAr die Messung. der Außenkontur eines Prdflings ein Lehrstück
mit einer durch eine Innenfläche gebildeten Bezugskontur verwendet wird und daß
mittels der Tastmeßeinrichtung die in Umfangsrichtung sich ergebende Anderung des
Abstandes zwischen der 3ezugskontur des Lehrstückes und der Kontur des Prüfulings
gemessen wird. Bei diesem Verfahren entfällt die Kotwendigkeit, eine extrem genaue
Führung vorzusehen. Es genügt das Vorhandensein eines einwandfreien bzw. in seiner
Form bekannten Lehrstückes. Das Verfahren gestattet die messung von Innenkonturen
wie von Außenkonturen. Ein einziges Lehrstück ist für Prüflinge unterschiedlicher
Abmessungen verwendbar, weil es nur auf die geometrisch ähnliche Form ankommt, jedoch
kein ma@stäbliches Original erforderlich ist. Das Verfahren ist für die unterschiedlichsten
3edarfsSElle geeignet und läßt sich nicht nur bei kreisrunden Konturen, sondern
auch bei anderen Formen anwenden. Schließlich hat das Verfahren den Vorteil, daß
es sich mit verhältnismäßig geringem Aufwand an Hilfsm.itteln durchführen läßt.
Zur Erfassung des Xeßergebnisses können anzeigende oder schreibende Geräte der jeweils
am besten geeigneten Art verwende@t werden.
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Eine zweckmäßige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kennzeichnet
sich genäß der Erfindung dadurch, daß an einer Grundkörper, Gestell od.dgl. weinigstens
eine
Aufnahme für ein Lehrstück sowie eine Führung und ein Antrieb
für den beweglichen Teil der Meßeinrichtung angeordnet sind. Insbesondere ist dabei
das Lehrstück in seiner Aufnahme auswechselbar gehalten, Die Ausbildung läßt sich
ohne weiteres so treffen, daß in eine Aufnahme Lehrstücke verschiedener Abmessungen
einsetzbar sind.
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Weiterhin ist es mbglich, z.B. eine Aufnahme für Lehrstücke zur Innenmessung
und eine weitere Aufnahme für Lehrstücke zur Außenmessung vorzusehen.
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Die Vorrichtung kann ferner auch eine Aufnahme oder Halterung für
den Prüfling aufweisen. Eine solche Ausführung eignet sich beispielsweise besonders
für kleinere bzw.
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leicht zu transportierende Prüflinge. Die Vorrichtung wird dann zweckmäßig
so ausgebildet, daß das Lehrstück und der Prüfling relativ zueinander verstellbar
sind. Die Verstellung kann in einer oder zwei Koordinaten oder im Winkel und im
Radius erfolgen. Eine entsprechende Verstellbarkeit läßt sich bei der Aufnahme des
Lehrstückes, bei der Aufnahme des Prüflings oder bei beiden Aufnahmen vorsehen.
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Die Ausbildung der Vorrichtung kann weiterhin auch so getroffen werden,
daß sie auf einen Prüfling aufsetzbar oder an einen solchen ansetzbar ist. Zu diesem
Zweck kann das Gestell der Vorrichtung beispielsweise einen auf unterschiedliche
Größen von Prüflingen, etwa auf einer Werkzeugmaschine
eingespannten
Werkstücken, einstellbaren und/oder zwecks Anpassung an die Größe des Prüflings
auswechselbaren Teil aufweisen.
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Die Vorrichtung läßt sich so gestalten und anordnen, daß das Lehrstück
und der Prüfling bei der Messung in einer Ebene liegen. Dies hat den Vorteil, daß
das Abbe''sche Prinzip gewahrt wird. In bestimmten Fällen kann es aber auch zweckmäßig
sein, Lehrstück und PrUfling in axialem Abstand voneinander anzuordnen. Dies gilt
z.B. für das Ausmessen sehr kleiner Bohrungen.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung weist die Vorrichtung zwei
Meßeinrichtungen zur gleichzeitigen Innen-und Außenmessung an einem Prüfling mit
Hilfe zweier Lehrstücke bzw. eines Lehrstückes mit zwei Bezugskonturen auf.
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Damit lassen sich dann verschiedene Flächen oder Konturen in einem
Arbeitsgang messen. Berispielsweise bei speziellen Werkstücken, etwa bei Wälzlagerringen,
kann dies von großem Vorteil sein.
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Die Vorrichtung läßt sich erfindungsgemäß ferner so ausbilden, daß
sie zwei in axialem Abstand voneinander angeordnet Meßeinrichtungen oder Tastköpfe
zur gleichzeitigen Messung zweier verschiedener Innen- oder Außenkonturen an einem
Prüfling aufweist. Damit ergibt sich u.a.
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die Möglichkeit, Kreisformfehler und Lagefehler von Bohrungen zu messen.
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Die Halterung des Tastkopfes der MeBeinrichtung kann auf verschiedene
eise bewerkstelligt werden. Insbesondere sieht die Erfindung vor 3 den Tastkopf
an einem Gelenkarm anzuordnen. Letzterer kann um einen Drehzapfen schwenkbar sein,
der sich z,B. an einem drehend antreibbaren Teil der Meßeinrichtung befindet. Der
Arm kann aber auch flexibel ausgebildet sein und so selbst ein Gelenk bilden.
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Auch lassen sich zwei elastische Glieder nebeneinander vorsehen, wodurch
sich eine Parallelführung ergibt.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein den Tastkopf tragender
Teil der Vorrichtung in seiner Länge verstellbar. Dadurch lassen sich u.a. bei unveränderter
gegenseitiger Lage von Prüfling und Lehrstück Messungen in verschiedenen Ebenen
durchführen.
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Um ein Lehrstück für Prüflinge unterschiedlicher Abmessungen verwenden
zu können, wird die Ausbildung so getroffen, daß der Tastkopf der Meßeinrichtung
auf verschiedene Abstandsmaße einstellbar ist. Der Begriff Tastkopf umfaßt dabei
sowohl das eigentliche Tastorgan selbst als auch dessen Halterung.
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Eine besonders zweckmSßige Ausbildung der Vorrichtung besteht gemäß
der Erfindung darin, daß die Tastmeßeinrichtung zwei um 1800 zueinander versetzte
Tastköpfe aufweist.
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Dies bietet die Möglichkeit, nicht nur die vorhandenen Formfehler
festzustellen, sondern gleichzeitig auch den
Durchmesser des Prüflings
zu messen.
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Um eine gleichzeitige Formfehlermessung in mehreren parallelen Ebenen
zu ermöglichen, kann die Tastmeßeinrichtung zwei oder mehr in axialer Richtung zueinander
versetzte Tastköpfe enthalten. Dies läßt sich unter Anwendung des vorstehend bereits
genannten Merkmals auch da@ .
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durch erreichen, daß bei Vorhandensein zweier um 1800 zueinander versetzte
Taster diese beiden Taster relativ zueinander in axialer Richtung verstellbar sind.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der
nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, in der verschiedene
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt sind. Es zeigen:
Fig. 1 eine Darstellung des Meßprinzips bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, Fig.
2 eine Ausführung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung teils in Ansicht, teils
im Schnitt, Fig. 3 eine andere Ausführung der Vorrichtung, Fig. 4 eine Tastkopfanordnung
und Fig. 5 bis 7 weitere Ausführungsformen der Vorrichtung in teils schematischer
Darstellung.
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In Fig. 1 ist mit dem Buchstaben P die Innenkontur eines Prüfulings
bezeichnet, deren Formfehler gemessen werden
soll. Die Abweichungen
der vorhandenen Form von der Sollform; die bei diesem Beispiel als Kreis angenommen
ist, sind in Fig. 1 übertrieben dargestellt. Gemäß der Erfindung wird die Formfehlermessung,
in diesem Fall also ehe Rundheitsmessung, in der Weise durchgeführt, daß in die
zu messende Bohrung ein Lehrstück L, etwa ein Zylinder, ausreichender Rundheit gelegt
wird und dann jeweils in Richtung der Normalen auf die Kontur des Lehrstückes die
Abstände f1, f2 .... gemessen werden. Die Messung ist einfach, erfordert ein besonders
genau auf einer Kreisbahn gefUhrtes Meßorgan und läßt sich sowohl bei Innenkonturen
als auch bei Außenkonturen anwenden.
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Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführung einer Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens ist ein Lehrstück 1 auswechselbar auf einem Aufnahmedorn 2 angeordnet
und durch einen Haltering 3, z.B. einen Gewindering, festgelegt.
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Der Aufnahmedorn 2 bildet das vor&ere Ende eines Zapfens 4, der
an einem Ständer 5 befestigt ist und die Lagerung für eine Hülse 6 bildet. Diese
Hülse 6 ist mit einem Zahnrad 7 verbunden, in das ein Antriebsritzel 8 eingreift.
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Mitte 15 eines im Ständer 5 untergebrachten Elektromotors 9 kann somit
das Zahnrad 7 und dadurch die Hülse 6 auf dem Zapfen 4 gedreht werden.
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Die Hülse 6 bildet einen Träger für zwei um 180° zueinander versetzte
Arme 1Q, die um Gelenkzapfen 11 schwenkbar sind. Die Arme 10 dienen zur Halterung
zweier Tastköpfe
12. Letztere sitzen bei der dargestellten Ausführung
an Schaftteilen 10a, die in axiale Bohrungen der Arme 10 eingreifen und relativ
zu diesen verschiebbar sind. Zur Feststellung dienen Klemmschrauben 13. Die Tastköpfe
12 lassen sich dadurch in axialer Richtung je nach Wunsch einstellen.
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Jeder Tastkopf 12 weist eine feste Tastspitze 12a auf, die an der
Innenkontur eines Prüflings 14 anliegt. Zwischen der Hülse 6 und den Armen 10 vorgesehene
Druckfedern 15 oder entsprechende Mittel gewährleisten dabei eine ständige sichere
Anlage. Weiterhin enthält jeder Tastkopf 12 einen beweglichen, auf der Außenkontur
des Lehrstückes 1 aufliegenden Taststift 12b. Jeder Tastkopf ist so ausgebildet,
daß die Änderung der Relativlage zwischen der festen Tastspitze 12a und dem beweglichen
Taststift 12b maßlich erfaßt werden kann. Dies läßt sich nach dem Prinzip einer
Meßuhr, durch induktive, kapazitive, optische Mittel oder auf sonstige geeignete
Weise erreichen. Dabei ist es auch möglich, eine berührungslose Abtastung des Lehrstückes
vorzusehen. Dem Fachmann stehen geeignete Geräte hierfür zur Verfügung, so daß es
sich erübrigt, hier auf weitere Einzelheiten einzugehen. Selbstverständlich kann
abweichend von der Ausführung nach Fig.
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2 eine feste Tastspitze od.dgl. auch auf der Seite des Lehrstückes
angeordnet sein und die Erfassung der Anderung des Abstandsmaßes durch ein Berühren
oder berührungslos erfolgendes Abtasten auf der Seite des Prüflings geschehen.
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Ein Ausführungsbeispiel eines Tastkopfes veranschaulicht Fig. 4. Eine
feste Tastspitze 24 weist einen Gewindeschaft auf, der durch eine Gewindebohrung
in einem abgewinkelten Teil 25 des Armes 26 hindurchgeht. Dadurch kann die Tastspitze
24 auf verschiedene Abstände eingestellt werden. Zur Sicherung dient eine Mutter
27. Eine bewegliche Tastspitze 28 wird durch das Ende eines zweiarmigen Umlenkhebels
29 gebildet. Ein Materialsteg 29a bildetdabei ein reibungsfreies Gelenk für den
Umlenkhebel. Gegen das andere Ende des letzteren liegt der Taststift 30a eines induktiven
Verlagerungsaufnehmers 30 bekannter Art an, der einen der Meßgröße entsprechenden
elektrischen Wert liefert.
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Zur Durchführung des Meßvorganges wird bei der Vorrichtung nach Fig.
2 die Hülse 6 durch Einschalten des Motors 9 in Drehung versetzt. Hierbei liefern
dann die Tastköpfe 12 entsprechende Werte, die mit nicht besonders dargestellten
Geräten angezeigt und/oder aufgezeichnet werden können, z.B. durch einen Zeigenausschlag,
eine Ziffernanzeige, in Gestalt eines runden Diagramns, eines streifenförmigen Aufschriebs
oder in sonstiger Weise.
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Für die Messung des Formfehlers würde ein einziger Tastkopf genügen.
Die in Fig. 2 gezeigte Anordnung zweier um 1800 zueinander versetzter Tastköpfe
12 hat den Vorteil, daß damit gleichzeitig auch der Durchmesser des Prüflings gemessen
werden kann. Das Ergebnis kann auch
hier in der genannten Weise
angezeigt oder aufgezeichnet werdew.
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Der Prüfling 14 ist bei der Ausführung nach Fig. 2 von einem Prisma
16 unterstützt, das gleichzeitig seine Ausrichtung relativ zum Lehrstück 1 bewirkt,
und ist im übrigen durch eine Magnetspannplatte 17 od.dgl. gehalten.
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Das Prisma 96 kann mittels eines auf eine Verstellspindel wirkenden
Handrades 18 in der Höhe verstellt werden.
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Die Aufnahme t6, 17 für den Prüfling befindet sich an einem Ständer
19> der in Längsrichtung des Gestells 20 der Vorrichtung auf FUhrungen 21 verstellt
werden kann.
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Der den beweglichen Teil der Tastmeßeinrichtung tragende Ständer 5
ist in Querrichtung des Gestells 20 auf Führungen 23 mittels-eines Handrades od.dgl.
verschiebbar, so daß die Relativlage zwischen Lehrstück 1 und Prüfling 14 je nach
dem Bedarfsfall eingestellt werden kann.
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Die Vorrichtung nach Fig. 2 läßt sich auch für die Messung der Außenkontur
eines Prüflinge benutzen. Letzterer findet dann anstelle des Lehrstückes 1 sehe
Aufnahme auf dem Dorn 2, während das Lehrsttlck von dem Prisma 16 und der Magnetspannplatte
17 gehalten wird.
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In Fig. 3 ist eine zum Aufsetzen auf Prüflinge verschiedener Art ausgebildete
Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wiedergegeben. Dieselbe weist einen
Grundkörper 31 mit einem Anschlußflansch 32 auf, der mit Hilfe von Schrauben 33
lösbar mit einem auswechselbaren
Kopfstück 34 verbunden ist. Letzteres
stützt sich über drei oder auch vier Gewindebolzen 35 auf der Oberseite des zu prüfenden
Werkstückes 36 ab. Auf dem Grundkörper 31 ist eine Halterung 37 für einen Tastkopf
38 drehbar gelagert. Der Drehantrieb erfolgt durch einen am Anschlußflansch 32 befestigten
Motor 39 über Ritzel 40 und Zahnrad 41. Der Grundkörper 31 weist außerdem eine Aufnahme
für ein Lehrstück 42 auf, gegen dessen Umfang ein fester Teil 38a des Tastkopfes
38 anliegt. Die zu prüfende Innenkontur des Werkstückes 36 wird durch einen beweglichen
Taststift 43 abgetastet. Die Halterung 37 kann so ausgebildet sein, daß eine Verstellung
des Tastkopfes 38 in radialer Richtung möglich ist, wie dies der Pfeil 44 andeutet.
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Die in Fig. 5 gezeigte Ausführung gestattet es, gleichzeitig die Innen-
und die Außenkontur eines Prüflings 51, beispielsweise eines Wälzlagerringes, zu
messen. Zu diesem Zweck sind an einer gemeinsamen, auf einem Zapfen 52 drehbar gelagerten
Halterung 53 zwei Tastköpfe 54 und 55 angebracht, von denen der Tastkopf 54 die
Innenkontur des Prüflings 51 mit Bezug auf die Außenkotur-'eines zylindrischen Lehrstückes
56 mißt, nährend der andere Tastkopf 55 die Messung der Außenkontur des Prüflings
51 mit Bezug auf die Innenkontur eines zweiten, ringförmigen Lehrstückea 57 aueUhrt.
Damit ergibt sich zuglach auch eine Messung der Dicke des Prüflings 51. Die beiden
Lehritücke 56 und 57 können auch zu einem einzigen Teil
vereinigt
sein.
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Fig. 6 veranschaulicht eine Ausführung zur gleichzeitigen Messung
der Formfehler und der Lagefehler zweier Bohrungen 61 und 62 eines Werkstückes 63.
Auf einem ortsfest angeordneten Dorn 64, der zwei Lehrstücke 66 und 67 trägt, ist
eine Halterung 65 für die zugehörigen beiden Tastköpfe 68 und 69 drehbar gelagert.
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Die Ausführung nach Fig. 7 ist für Fälle eingerichtet, bei denen das
Lehrstück 71 und der Prüfling 73 nicht in einer Ebene liegen. Auf einem das Lehrstück
71 tragenden Zapfen 72 ist eine Halterung 74 mit einer Parallelführung 74a drehbar
gelagert. An dieser befinden sich eine feste, am Lehrstück 71 anliegende Tastspitze
75-s-owie in axialem Abstand davon ein Tastkopf 76. Eine solche Ausführung eignet
sich beispielsweise dazu, Formfehlermessungen bei sehr kleinen Bohrungen durchzuführen.
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Alle in der vorstehenden Beschreibung erwähnten bzw. in der Zeichnung
dargestellten Merkmale sollen, sofern der bekannte Stand der Technik es zuläßt,
für sich allein oder auch in Kombinationen als unter die Erfindung fallend angesehen
werden, auch wenn sie in den Ansprüchen nicht ausdrücklich erwähnt sind.
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Patent ansprüche