DE1932010B2 - - Google Patents
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
- G01B5/004—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points
- G01B5/008—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points using coordinate measuring machines
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- G01B5/012—Contact-making feeler heads therefor
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Prüfen von Werkstücken gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
Die zunehmende Verwendung numerisch gesteuerter Maschinen für die Herstellung von Maschinenteilen hat
dazu geführt, daß es nicht mehr möglich ist, die Prüfung der Maschinenteile mittels der konventionellen Oberflächenprüfmethoden
durchzuführen. Eine gleichbleibend gute Qualität der Teile macht es erforderlich, daß diese
Teile in allen Ebenen geprüft werden, und daß große Teile mit stark eingeschnürten Mikrometern, Skalenlehren
und anderen Vorrichtungen mit besonderen Abmessungen geprüft werden müssen, wobei oft mehr
als eine Person zur Durchführung der Messung gebraucht wird. Solche Prüfmethoden haben nicht nur
eine große Diskrepanz zwischen Herstellungszeit und Prüfzeit für ein Werkstück zur Folge, sondern bieten
auch nicht die Möglichkeit einer ständigen Aufzeichnung der Prüfergebnisse.
Ein bekanntes Verfahren (US-PS 32 50 012) verwendet für automatische Messungen einen in drei
koordinaten Achsen und in einer geraden Linie beweglichen Taster, der mit einem Meßwertwandler
verbunden ist und auf eine Verlagerung des Tasters unter Abgabe eines Signals anspricht
Bei diesem bekannten Verfahren werden jedoch die Abtastbewegungen beim horizontalen oder vertikalen
Abtasten auf den Meßwertwandler nicht im Verhältnis 1 :1 übertragen, wodurch eine Umrechnung der
erfaßten Daten unter Berücksichtigung unterschiedlicher Übertragungsverhältnisse beim horizontalen oder
vertikalen Abtasten notwendig ist.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Abtastbewegungen beim horizontalen oder
vertikalen Abtasten im Verhältnis 1 :1 auf den Meßwertwandler übertragbar sind.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Hierdurch wird in vorteilhafter Weise neben einer hochgenauen linearen Messung eine Umrechnung der
erfaßten Daten unter Berücksichtigung unterschiedlicher Übertragungsverhältnisse beim horizontalen oder
vertikalen Abtasten vermieden. In jedem Fall ist das am Meßwertwandler erhaltene Signal direkt kennzeichnend
für die Konturverhältnisse am Werkstück. Weiter J5 wird die für die Prüfung erforderliche Zeit wesentlich
vermindert Weitere Vorteile sind verbesserte Linearität, Genauigkeit und Anpassungsfähigkeit. Durch die
Einheitlichkeit der Skala in allen Achsen erübrigen sich Begrcnzungsschalter oder mehrfache Registrierkanäle,
wie sie bei bekannten derartigen Verfahren erforderlich waren.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
aus der DE-PS 919146 ist es zwar bekannt,
zusammenwirkenden Teilen bestimmte Formen zu geben, um ein lineares Übertragungsverhältnis der
Bewegung eines Tasters auf eine Meßuhr mittels einer Winkelhebelübertragung unter Verwendung von Wälzkurven
zu schaffen, wobei jedoch nicht im Sinne der Erfindung ein bestimmtes Übertragungsverhältnis geschaffen,
sondern eine bessere Linearität der Bewegungsübertragung sichergestellt werden soll.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher
beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 eine vereinfachte perspektivische Ansicht der allgemeinen Anordnung eines numerisch gesteuerten
Maschinensystems einschließlich der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung;
F i g. 2 eine Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform des Prüftasters entsprechend der Erfindung;
F i g. 3 eine schematische Ansicht des Gerätes nach F i g. 2 beim Arbeiten in der z-Achse;
F i g. 4 eine Ansicht ähnlich F i g. 3 beim Arbeiten des Gerätes in der x- b/w.y-Achse;
Fig. 5 eine Detailansicht vom oberen Ende des Stiftschaftes, welche die Geometrie seiner äußeren
Oberfläche zeigt;
Fig.6 eine weitere Ausführungsform des Meßwertwandlerteils
des Gerätes wie in Fig.2, bei der ein elektrischer Abgriff anstelle eines pneumatischen
Meßwertgebers benutzt wird; und
Fig.7 ein Blockdiagramm, das schematisch die verschiedenen Komponenten eines Gesamtprüfsystems
einschließlich der neuen Tastervorrichtung entsprechend der Erfindung zeigt
In F i g. 1 ist ein numerisch gesteuerter Brückenfräser, der sich für den Einsatz der Erfindung eignet,
dargestellt Das Gerät enthält einen Tisch 1, welcher sich entlang der aufeinander senkrecht stehenden x- und
y-Achsen 2 bzw. 3 bewegen läßt Das Gerät enthält ferner eine bewegliche Spindel 4, welche sich entsprechend
einem bandgesteuerten Programm geradlinig längs der z-Achse 5 bewegen läßt Die Bearbeitung des
herzustellenden Werkstückes 7 erfolgt durch ein nicht gezeigtes, rotierendes Schneidwerkzeug, welches in der
Spindel 4 befestigt wird, wie es der Fachmann leicht verstehen kann. Nachdem die Bearbeitung des Werk-Stückes
7 beendet ist wird das Schneidwerkzeug durch die Tastvorrichtung 6 der Erfindung ersetzt. In einer
später zu beschreibenden Art wird mittels der Tastvorrichtung 6 das Werkstück 7 an einer Vielzahl
vorbestimmter Prüfpunkte gemessen, um die Richtigkeit seiner Abmessungen zu prüfen. Selbstverständlich
dreht sich die Spindel 4 nicht während des Früfvorganges.
Die von der Tastvorrichtung 6 erfaßten Abmessungen werden in Form von elektrischen oder pneumatischen
Signalen einem Registriergerät 8 übermittelt, wo 3(l
sie aufgezeichnet werden können. Die fakultativ vorgesehenen Meßgeräte 11 und 12 übermittein dem
Bedienungspersonal eine visuelle Anzeige von Abweichungen gegenüber den vorgesehenen Abmessungen.
Das Gerät enthält weiter passende Antriebsmechanis- Jä
men für die Relativbewegung von dem Werkstück 7 und Spindel 4 bzw. Tastvorrichtung 6 entlang der drei
orthogonaler. Achsen 2, 3 und 5 entsprechend einem vorbestimmten Programm, welches von dem Bandgerät
9 kommt. In bezug auf weitere Einzelheiten der numerisch gesteuerten Maschine und des Bandgerätes
wird auf das US-Patent 32 50 012 verwiesen. Die Messungen in der x- und y-Achse werden unabhängig
von den Bedingungen der z-Achse und umgekehrt die Messungen in der z-Achse unabhängig von den
Bedingungen in x- und y-Achse vorgenommen. Die Achse für die Messung wird automatisch durch die
Annäherungsnchtung an das Werkstück 7 ausgewählt, wodurch zusätzliche Schaltmaßnahmen von Seiten des
Bedienungspersonals oder des Gerätes nicht erforder- 5n
lieh sind. Während die Tastvorrichtung der z-Achse gesperrt ist, kann eine Ebene kontinuierlich überquert
und entsprechend den vom Programm her vorgegebenen Punkten ausgemessen werden. Ebenso kann die
Wandstärke eines gefertigten Werkstückes vertikal w abgetastet werden, während die Tastvorrichtung in der
x- und y-Achse gesperrt ist und so jeweils eine
kontinuierliche Aufzeichnung des Mebergebnisses erfoigen kann.
Wie aus der vorhergehenden Beschreibung ersieht- b"
lieh ist, kann dasselbe Gerät dazu benutzt werden, um ein Werkstück herzustellen und das gleiche Werkstück
zu prüfen. Ein eigenes Prüfgerät, wie es bisher allgemein üblich benutzt wurde, ist daher nicht mehr erforderlich.
Betrachtet man F i g. 2, so erkennt man, daß die h5
Tastvorrichtung 6 ein hohles zylindrisches Gehäuse 13 enthält, an dessen oberem Ende ein konischer Schaft 14
befestigt ist, der aufgrund der genormten Verjüngung in den Klemmring der Spindel 4 paßt Die konische Form
des Schaftes 14 kann zur Anpassung an die Spindel 4 in bekannter Weise auch durch andere Formen ersetzt
werden.
Am oberen Ende des Gehäuses 13 befindet sich ein kreisrunder Befestigungsflansch 15. Bolzen 16 oder
ähnliche Befestigungselemente werden verwendet, um das Gehäuse 13 mit dem Befestigung'flansch 15 und mit
dem Schaft 14 über die Anpassungsplatte 17 zu verbinden. Ein Stiftschaft 18 mit einem zentralen
sphärischen Lagerelement 19 ist beweglich gelagert mittels fester und beweglicher Lagerschalen 21 bzw. 22,
weiche ihrerseits im Gehäuse 13 sitzen. Am unteren Ende des Stiftschaftes 18 sitzt ein lösbar angebrachter
Tastkontakt 39, welcher in Berührung mit dem zu prüfenden Werkstück gebracht wird. Das mit einem
Gewinde versehene Befestigungsteil 40 und das entsprechende Gewindeloch im unteren Ende des
Stiftschaftes 18 gestatten ein leichtes Entfernen oder Auswechseln des Tastkontakts 39. Form und Abmessung
des Tastkontaktes 39 und die Länge des Stiftschaftes 18 sind durch die Form und Größe des
Werkstückes 7, welches geprüft werden soll, vorgegeben. In einer typischen Konstruktion können sie so
dimensioniert werden, daß sich die Abtastungen horizontaler und vertikaler Abmessungen im Verhältnis
1 :1 entsprechen. In einer bevorzugten Ausführungsform hat der Tastkontakt 39 eine halbkugelige Form,
wobei seine Höhe identisch mit dem Radius und in bezug auf die Länge des Stiftschaftes 18 so ausgebildet
ist, daß die Abmessungen der Tastvorrichtung mit einheitlichen Auslenkungen für horizontale und vertikale
Ablenkung auf dem Band programmiert werden können. Selbstverständlich kann die geometrische Form
des Tastkontaktes 49 entsprechend anderen Anwendungsgebieten anders als halbkugelförmig ausgebildet
werden. Die Auswechselbarkeit des Tastkontaktes 39 gestattet die Anpassung der Vorrichtung an verschiedene
Prüfanwendungen. So kann z. B. der Tastkontakt in der Form modifiziert werden, daß die Prüfung schmaler
Schlitze oder ähnlicher Formen durchgeführt werden kann, was mit dem halbkugelförmigen Tastkontakt 39
entsprechend der Ausführungsform von Fig. 2 nicht möglich ist.
Die feste Lagerschale 21 ist im Gehäuse 13 durch die Klemmschraube 43 gehalten, während die bewegliche
Lagerschale 22 gleitend im Gehäuse 13 sitzt. Die bewegliche Schraubenfeder 23 wird teilweise zwischen
dem zylindrischen Federhalter 25 und dem oberen Ende der beweglichen Lagerschale 22 zusammengedrückt.
Der Federhalter 25 ist an der Innenwand des Gehäuses 13 befestigt. Wie zu sehen ist, besitzt der Federhalter 25
eine zentrale öffnung, um das obere Teil des Stiftschaftes 18 hindurchtreten zu lassen. Die Lagerschalen
21 und 22 haben gegenüber dem sphärischen Lagerelement 19 eine komplimentäre sphärische Form
und ermöglichen so eine Schwenkbewegung des Stiftschaftes 18 um den Punkt 24. Der Stiftschaft 18 kann
außerdem in Richtung des Pfeiles 26 geschoben werden, wenn die bewegliche Lagerschale 22 nach oben bewegt
und so die Schraubenfeder 23 weiter zusammengedrückt wird.
Das obere Ende des Stiftschaftes 18 hat eine allgemein abgerundete Kontur, deren Form im Zusammenhang
mit der Beschreibung von Fig. 5 noch ausführlicher beschrieben werden wird. Das obere,
allgemein abgerundete Ende des Stiftschaftes 18 steht unmittelbarer Berührung mit dem Übersetzungskonus
27, welcher gleitend im Gehäuse 13 befestigt ist. Eine Stützfeder 28 für den Konus wird am oberen Ende durch
den Halter 29 in ihrer Bewegung begrenzt, während ihr unteres Ende auf der oberen ebenen Fläche des
Übersetzungskonus 27 aufliegt. Ein Stift 31 ragt durch die Wand des Gehäuses 13 in den Halter 29 und sichert
den Halter 29 gegen Bewegung. Wie zu sehen, ist der Übersetzungskonus 27 mit einer axialen Bohrung 32
versehen. Der öffnungswinkel der konischen unteren Oberfläche des Übersetzungskonus 27 beträgt 90°. Ein ι ο
Tauchbolzen 33 einer halbkugeligen Nockenoberfläche 34 steht in Berührung mit dem oberen Ende des
Übersetzungskonus 27. Der Tauchbolzen 33 ist in Richtung des Pfeiles 26 axial verschiebbar und kann
somit ein Ausgangssigna! am benachbarten Meßwertwandler
35 bewirken.
Die bewegliche Schraubenfeder 23 übt einen ausreichenden Druck auf die bewegliche Lagerschale 22
aus, um das sphärische Lagerelement 19, fest in den Lagerschalen zu halten. Ebenso hat die Stützfeder 28
genügend Kraft, um den Übersetzungskonus 27 sicher gegen das obere Ende des Stiftschaftes 18 zu drücken.
Der Meßwertwandler 35 kann ein Luftventil enthalten, welches mit der Rohrdichtung 36 zusammenhängt
und von dort über ein flexibles Rohr 37 mit einem externen pneumatischen Registriergerät verbunden ist.
Im Gehäuse 13 ist in der Seitenwand eine Öffnung vorgesehen, um die Rohrdichtung 36 einzupassen. Wie
zu sehen ist, erfolgt die Verbindung zwischen Rohrdichtung
36 und dem Meßwertwandier 35 mit einem 90°-Knie, um die äußere Verbindung zu vereinfachen.
Modulationen des Luftflusses in dem flexiblen Rohr 37 werden in den externen Registriergerät aufgezeichnet.
Nachdem ein Werkstück (z. B. Werkstück 7) von der numerisch gesteuerten Maschine bearbeitet worden ist,
wird das Schneidwerkzeug entfernt und statt dessen die erfindungsgemäße Prüftastvorrichtung eingebaut. Statt
des Schneidsteuerbandes wird ein Prüfband eingelegt. So ist es möglich, die gleiche numerisch gesteuerte
Maschine für die Prüfung des Werkstückes zu verwenden. Die Tastvorrichtung wird auf einen
Bezugspunkt eingestellt und das Registriergerät auf Null gestellt Hierauf bewegt sich die Tastvorrichtung
unter Steuerung durch das Programmband hintereinander zu einer vorgegebenen Anzahl von Prüfpunkten, wo
sie in Kontakt mit der zu messenden Oberfläche gebracht wird. Die Tastvorrichtung kann dabei nach
Wunsch entweder horizontal oder vertikal an die Oberfläche herangeführt werden. Abhängig von der
Annäherungsrichtung an den Prüfpunkt wird die Tastvorrichtung in der einen oder anderen von zwei
Arbeitsweisen arbeiten.
In Fig.3 ist die erste Arbeitsweise dargestellt, bei
welcher sich der Stiftschaft 18 vertikal entlang der z-Achse 41 bewegt Der Sperring 38, welcher am
Stiftschaft 18 befestigt ist, hat eine äußere gekrümmte Oberfläche, welche komplementär symmetrisch in
bezug auf die untere innere gekrümmte Oberfläche des Gehäuses 13 ist Wenn der Tastkontakt 39 bogenförmig
ausgelenkt wird, wird das geringe Spiel zwischen den korrespondierenden gekrümmten Oberflächen des
Gehäuses 13 und des Sperringes 38, welches üblicherweise in der Größenordnung von 0,025 mm (0,001 inch)
liegt, ein Eindringen des Sperringes 38 in das Gehäuse 13, wie in Fig.4 gezeigt, verhindern. Wenn der
Stiftschaft 18 jedoch ausgehend von einer freien oder ungesperrten Lage entlang der z-Achse ausgelenkt
wird, bewegt sich der Sperring 38 in das Gehäuse 13 hinein und verhindert solange eine Schwenkbewegung
um den Punkt 24, bis der Stiftschaft 18 in seine voll ausgezogene ungesperrte Lage zurückgebracht wird.
Die Bewegung des Stiftschaftes 18 entlang der z-Achse 41 wird bewirken, daß das sphärische Lagerelement 19
die bewegliche Lagerschale 22 in Richtung des Pfeiles 26 bewegt und eine zusammendrückende Kraft auf die
Schraubenfeder 23 ausübt.
Sobald der Tastkontakt 39 von der erhabenen Kontur des Teiles 44, welche eine Bewegung der z-Achse zur
Folge hatte, freikommt, wird die Schraubenfeder 23 die bewegliche Lagerschale 22 nach unten drücken und
über die Lagerschale 22 eine Rückführkraft auf den Stiftschaft 18 ausüben.
Wenn die Messung durchgeführt ist wird die Tastvorrichtung entsprechend dem Programm vom
Werkstück wegbewegt und so der Stiftschaft 18 in seine normale oder Anfangslage zurückgebracht.
Eine flexible Gummidichtung 42 umschließt das untere Ende des Gehäuses 13 und den Sperring 38. Das
obere Ende der Gummidichtung 42 ist am Gehäuse 13 und das untere Ende am Stiftschaft 18 befestigt. Diese
Anordnung verhindert das Eindringen von Fremdkörpern in die Vorrichtung und so eine Beschädigung der
eng tolerierten Teile.
F i g. 2 erläutert die zweite Arbeitsweise der Tastvorrichtung, bei der sich der Tastkontakt 39 dem Teil 44 vor
der Seite in Richtung des Pfeiles 45 genähert hat. Es entspricht dies einer Bewegung in der horizontaler
Ebene in Richtung eines Prüfpunktes, welcher durch die x- und y-Koordinaten definiert ist Sobald dei
Tastkontakt 39 durch seine Berührung mit dei Oberfläche des Teiles 44 abgelenkt wird, während sich
die Tastvorrichtung in Richtung des Pfeiles 45 bewegt dreht sich der Stiftschaft 18 um den Punkt 24. Das obere
Ende des Stiftschaftes 18 wird sich hierbei auf einerr bogenförmigen Weg bewegen und dadurch eine
Verschiebung des Übersetzungskonus 27 in Richtung des Pfeiles 46 verursachen. Der Stiftschaft 18 bewegi
sich nicht nach oben, wenn er bogenförmig ausgelenki wird. Weiter bewegt sich der Sperring 38 in eine Lage, ir
welcher er über die untere periphere Kante des Gehäuses 13 hinausragt Dies verhindert die Auslenkung
des Stiftschaftes 18 nach oben in Richtung des Pfeiles 46, da jede Tendenz des Sperringes 38, sich nach
oben zu bewegen, in seiner Berührung mit dem Gehäuse 13 resultiert und dabei eine weitere Bewegung ir
vertikaler Richtung verhindert Wenn der Stiftschaft Ii
in seine ursprüngliche ungesperrte Lage zurückgebracht wird, gibt der Sperring 38 das Gehäuse 13 fre
und die Tastvorrichtung kann für eine Messung in den x- bzw. y-Achsen programmiert oder zu einer Messung ir
der z-Achse bewegt werden.
Zusammengefaßt bewirkt eine Auslenkung in der χ
oder y-Achse eine Schwenkbewegung des sphärischer Lagerelementes 19 um den Punkt 24, aufgrund derer dai
obere Ende des Stiftschaftes 18 eine nach ober gerichtete Kraft auf den Übersetzungskonus 2Ί
überträgt Dieser Vorgang wird weiter eine Aufwärts bewegung des Tauchbolzens 33 bewirken und eii
Ausgangssignal am Meßwertwandler 35 hervorrufen.
Eine Auslenkung des Stiftschaftes 18 längs dei z-Achse wird direkt durch den Übersetzungskonus 2i
längs dessen zentraler Achse auf den Tauchbolzen 3; übertragen. Auf diese Weise wird der Tauchbolzen 3;
immer infolge einer geradlinigen Bewegung de: Übersetzungskonusi 27 bewegt obwohl die Antriebs
kraft am Übersetzungskonus 27 entweder von einei
direkten axialen Übersetzung oder von einer Vektorkomponente herrührt, welche ihrerseits aufgrund der
Schwenkbewegung des Stiftschaftes 18 auftritt. Die Aufgabe besteht nun darin, die Schaftlängen auf beiden
Seiten des Punktes 24 sowie den Winkel der Oberfläche 47 und den Konuswinkel 51 so auszuführen, daß eine
bestimmte Auslenkung in der z-Achse den Übersetzungskonus 27 um den gleichen Betrag wie eine
Auslenkung in der x- oder .y-Achse bewegt. Die Art, in
welcher das Ausgangssignal des Meßwert wandlers ι ο aufgezeichnet wird, ist weiter unten beschrieben.
Um eine weitgehend lineare Auslenkung des Übersetzungskonus 27 bei einer Schwenkbewegung des
Stiftschaftes 18 zu erreichen, wird eine besondere geometrische Form des oberen Endes des Stiftschaftes
18 verwendet Am besten ist diese Form aus F i g. 5 zu sehen, welche eine Detailansicht des Stiftschaftendes im
Schnitt zeigt. Wenn das obere Ende des Stiftschaftes 18 eine sphärische Oberfläche hätte, würde die Drehbewegung des Stiftschaftes und die resultierende Bewegung
der sphärischen Oberfläche gegen den Inneren Konuswinkel 51 von 90° des Übersetzungskonus 27 einen
nichtlinearen Fehler in die Vertikalbewegung des Übersetzungskonus 27 bringen. Daher ist das obere
Ende des Stiftschaftes 18 so ausgeführt, daß seine Kontaktfläche mit dem Übersetzungskonus 27 sich eher
einem Kegel als einer Halbkugel nähen Man sieht, daß der Stiftschaft 18 eine gekrümmte, halb konische
Oberfläche 47 hat, welche aus einem Kreisbogen mit dem Radius 48 um den Mittelpunkt 49 entsteht. Die so
entstandene Oberfläche kompensiert die der Vektorkomponente der Schwenkbewegung des Stiftschaftes 18
eigene Nichtlinearität und hat ein 1:1 Verhältnis zwischen der Verschiebung des Tastkontaktes 39 in der
x- oder y-Achse und der geradlinigen Verschiebung des
Tauchbolzens 33 zur Folge. In der praktischen Ausführung hat es sich gezeigt, daß der nichtlineare
Fehler auf einen Betrag von weniger als 0,0165 mm (0,00065 inch) bei einem maximalen Schwenkweg der
Tastvorrichtung von 3,25 mm (0,128 inoh) reduziert werden konnte.
Fig.6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung, bei welcher ein elektrischer Meßwertwandler 55 anstelle des pneumatischen Meßwertwandlers 35, wie in F i g. 3 und 4 gezeigt, verwendet wird. Wie
der Fachmann ohne weiteres erkennt, kann eine Vielzahl von elektrischen Meßwertgebern verwendet
werden. Es hat sich jedoch gezeigt daß ein linear variabler Differential-Transformator (LVDT) sich für
diesen Zweck gut als Meßwertwandler eignet, da er ein elektrisches Ausgangssignal abgibt, welches proportional der linearen Verschiebung eines beweglichen
Magnetkerns ist Der LVDT enthält eine zweiteilige Zylinderspule mit den Spulenteilen 57 und 58 und eine
dazwischen liegende Erregerspule 59, weiche mit einer festen Trägerfrequenz von einem Oszillator 56 gespeist
wird. Die Ausgangsgröße der in Reihe geschalteten Spulenteile 57 und 58 besteht aus einem Wechselspannungssignal, dessen Amplitude eine Funktion der Lage
des beweglichen Magnetkernes 61 ist Die Spulenteile ω
57 und 58 sind entgegengesetzt gewickelt und in Reihe geschaltet; das in ihnen durch die Auslenkung des
Magnetkerns 61 erzeugte Signal wird einem Demodulationsfilter 62 zugeführt Am Demodulationsfilter 62 tritt
eine analoge Gleichspannungsausgangsgröße auf, wel- 6S
ehe im Verstärker 63 verstärkt und über die Klemme 64 einem elektrischen Anzeigegerät oder Registriergerät
zugeführt wird.
Der Schaft 65 entspricht in seiner Funktion dem Tauchbolzen 33 in den F i g. 2 bis 4 und ist mit seinem
oberen Ende am beweglichen Magnetkern des LVDT befestigt. In der Normalposition des Taststiftes wird der
Magnetkern 61 in der Mitte zwischen den Spulenteilen 57 und 58 liegen und es wird daher kein Ausgangssignal
an der Klemme 64 auftreten. Eine Auf- oder Abwärtsbewegung, wie sie durch den Doppelpfeil 66
angedeutet ist, wird jedoch ein Signal mit Trägerfrequenz von der Erregerspule 59 auf die Spulenteile 57
und 58 übertragen und ein resultierendes Ausgangssignal an der Klemme 64 zur Folge haben, welches
proportional der Größe der mechanischen Verschiebung des Magnetkerns ist.
F i g. 7 zeigt ein Blockdiagramm des Systems, welches eine Dreiachsentastvorrichtung 67, einen Meßwertgeber oder Meßwertwandler 68, einen Verstärker 69 und
einen Streifenschreiber 76 enthält. Wie bereits erwähnt kainn das System aus Meßwertwandler und Registriervorrichtung ein elektrisches oder ein pneumatisches
System sein. Beide Systeme gehören zum Gegenstand der Erfindung.
Die numerischen Daten, welche vom Bandgerät 71 kommen, werden über die Leitung 73 einen Servomechanismus zugeführt, welcher die Spindel der numerisch
gesteuerten Maschine 72, in welcher die Tastvorrichtung sitzt, verschiebt. Aufgrund der Befehlssignale vom
Bandgerät 71 werden die Spindel und die Tastvorrichtung 67 von einem Bezugspunkt zu einem vorbestimmten Prüfpunkt bewegt. Die Tastvorrichtung 67 wird das
zu prüfende Teil im gegebenen Prüfpunkt berühren. Infolge der Berührung wird eine Verschiebung des
Stiftschaftes stattfinden und ein entsprechendes Ausgangssignal über die Leitung 74, den Verstärker 69 und
die Leitung 75 zum anzeigenden Streifenschreiber 76 übertragen.
Der Streifenschreiber 76 enthält einen normalerweise geschlossenen Begrenzungsschalter 78, der sich bei
einem Eingangssignal öffnet, das einer Auslenkung von mehr als 3,4 mm (0,135 inch) von der Mittellinie der
Tastvorrichtung entspricht. Da die Antriebssteuerung der numerisch gesteuerten Maschine über die Leitung
77 in Reihe mit dem Begrenzungsschalter 78 des Streifenschreibers 76 liegt, wird verhindert, daß die
Tastvorrichtung mehr als 3,4 mm (0,135 inch) ausgelenkt wird. Diese Anordnung stellt eine Sicherheitsvorrichtung dar, welche verhindert, daß das Werkstück oder die
Tastvorrichtung durch übermäßige Relativbewegung zwischen beiden zerstört werden.
Bevor die Tastvorrichtung das zu prüfende Werkstück berührt wird das Registriergerät in seiner Skala in
negativer Richtung eingestellt Die Meßwertwandler 35 oder 55 werden so eingestellt daß der Tastkontakt 39
um einen bestimmten Betrag ausgelenkt werden muß, ehe ein Ausgangssignal auftritt Diese festgelegte
Auslenkung soll als Schwellwert bezeichnet werden und beträgt 1,5 mm (0,060 inch). Der Schwellwert von
1,5 mm (0,060 inch) hat zur Folge, daß die Tastvorrichtung das zu prüfende Werkstück zunächst berührt und
hierauf um den Betrag des Schwellwertes ausgelenkt werden muß, ehe man ein Ausgangssignal Null erhält
Die anfängliche Ablenkung des Tastkontaktes 39 wird also zunächst negative Meßwerte zur Folge haben. Eine
weitere Ablenkung bewirkt daß der Registrierstift durch Null läuft und positive Werte aufzeichnet Auf
diese Weise werden sowohl Übergrößen als auch Untergrößen beim Prüfteil festgestellt Wenn das zu
prüfende Werkstück genau die gewünschten Abmessun-
gen hat, erhält man das Null-Signal, wenn der Taststift durch seine Berührung mit dem Werkstück um genau
t,5 mm (0,060 inch) ausgelenkt wurde. Wenn das Werkstück Übergröße hat, wird das Ausgangssignal bei
einer Auslenkung des Taststiftes von weniger als 1,5 mm (0,060 inch) auftreten und so eine Registrierung auf der
negativen Seite der Nullinie der Registriervorrichtung zur Folge haben. Andererseits wird, wenn das zu
prüfende Werkstück Untergröße hat, die Tastvorrichtung um mehr als 1,5 mm (0,060 inch) ausgelenkt werden
müssen, ehe das Null-Signal auftritt. Das Ausgangssignal wird damit auf der positiven Seite der Nullinie im
Registriergerät festgehalten. Durch diese Anordnung können sowohl positive als auch negative Toleranzmessungen
in einem Fehlerbereich von 3 mm (0,120 inch) durchgeführt werden. Nachdem die Toleranz eines
vorgegebenen Punktes gemessen und registriert worden ist, gibt das Bandgerät 71 einen Befehl ab, welcher
die Tastvorrichtung 67 vom Prüfpunkt entfernt und zum nächsten Prüfpunkt führt, worauf der Meßvorgang
wiederholt wird. Der Streifen oder Schreibstift des Streifenschreibers 76 bewegt sich in die richtige Lage
für die Registrierung der nächsten Messung. Nachdem an allen Prüfpunkten gemessen wurde, wird die
Tastvorrichtung in ihre Ausgangslage zurückgeführt und das geprüfte Werkstück kann aus der Maschine 72
entfernt werden.
Aus der vorangegangenen Beschreibung ist zu sehen, daß die Erfindung eine günstige Möglichkeit darstellt,
ίο Werkstücke dadurch zu prüfen, daß ein Teil der gleichen
Vorrichtung verwendet wird, welche auch zur Herstellung des Werkstückes dient Hierzu wird lediglich das
Schneidwerkzeug durch die Tastvorrichtung ersetzt und im Bandgerät ein Prüfband anstelle des Bandes für die
Steuerung des Schneidwerkzeuges eingelegt. In einer praktischen Ausführung können Messungen mit einer
Genauigkeit von 0,025 mm (0,001 inch) und einer Reproduzierbarkeit von ±0,0125 mm (±0,0005 inch)
durchgeführt werden.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Vorrichtung zum Prüfen von Werkstücken auf richtige Abmessungen längs dreier senkrecht zueinander
stehender Achsen, mit einem hohlen Gehäuse, einem Taststift mit einem ersten sich in das Gehäuse
erstreckenden Ende und einem zweiten mit dem Werkstück in Berührung bringbaren freiliegenden
Ende, einer aus Kugel und Lagerschale bestehenden Einrichtung zum dergestaltigen Halten des Stiftschaftes,
daß dieser um drei Achsen begrenzt winkelmäßig und längs einer Achse längsbeweglich
ist, und einem Meßwertwandler, der in Eingriff mit dem ersten Ende vorgespannt ist und auf eine
Verlagerung des Stiftschaftes unter Abgabe eines Ausgangssignals anspricht, gekennzeichnet
durch eine Nockenfolgeeinrichtung (27, 47), die am ersten Ende des Stiftschaftes (18) angeordnet ist
und mit dem Meßwertwandler (35) in Eingriff steht und durch eine mit dem Stiftschaft verbundene
Sperreinrichtung (38), die eine winkelmäßige Bewegung des Stiftschaftes verhindert, wenn dieser längs
der einen Achse bewegt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenfolgeeinrichtung ein gleitbar
im Gehäuse (13) angeordnetes Element (27) mit einer im wesentlichen konischen Fläche, die dem
ersten Ende des Stiftschaftes (18) gegenüberliegt, und eine im wesentlichen konisch ausgebildete
Fläche (47) am ersten Ende des Stiftschaftes umfaßt, wobei die konische Fläche (47) komplementär zur
konischen Fläche des Elements (27) ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperreinrichtung ein Sperring (38)
ist, der an einer Stelle zwischen dem zweiten freiliegenden Ende des Stiftschaftes (18) und der
Einrichtung (21,22,24) zum Halten des Stiftschaftes an diesem so befestigt ist, daß zwischen Ring und
Gehäuse (13) bei einer winkelmäßigen Bewegung des Stiftschaftes um den Mittelpunkt der Halteeinrichtung
ein freies Spiel vorliegt, wobei der Ring einen Außendurchmesser hat, der ausreichend
kleiner als der Innendurchmesser des Gehäuses ist, so daß der Ring ins Innere des Gehäuses bei einer
Längsbewegung des Stiftschaftes eindringen kann.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aus
Kugel (24) und Lagerschale (21) gebildete Halteeinrichtung eine bewegliche Lagerschale (22) aufweist,
die gleitbar im Gehäuse (13) angeordnet und im Eingriff mit dem oberen Bereich der Kugel
vorgespannt ist.
Applications Claiming Priority (1)
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