DE1932010C3 - Vorrichtung zum Prüfen von Werkstücken - Google Patents

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 Oberfl chenprüfmethoden 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 Aufzeich-

_ nung 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 au^f 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 ode·· 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 ullen Aciisen erübrigen sich Begrenzungsschalter oder mehrfache Registrierkanäle. wie sie bei bekannten derartigen Verfahren erforderlich waren.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich au<. den Unteransprüchen.

Aus der DI PS 9 19 146 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

Fig. 1 eine vereinfachte perspektivische Ansicht der allgemeinen Anordnung eines numerisch gesteuerten Maschinensystems einschließlich der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung;

F i g. 2 eine Schnitlansicht einer bevorzugten Ausführungsform des Prüftasters entsprechend der Erfindung;
Fig.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 Ar-bzw. J'-Achse;

F i g. 5 eine Detailansicht vom oberen Ende des Stiftschaftes, welche die Geometrie seiner äußeren Oberfläche zeigt;

Fig.6 eine weitere Ausfuhrungsform des M?ßwertwandlerteils des Gerätes wie in Fig.2, bei der ein elektrischer Abgriff anstelle eines pneumatischen Meßwertgebers benutzt wird; und

F i g. 7 ein BSockdiagramm, das schemalisch die verschiedenen Komponenten eines Gesamtprüfsystems einschließlich der neuen Tastervorrichtung entsprechend der Erhndung 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 Prüfvorgan ges. Die von der Tastvorrichtung 6 erfaßten Abmessun gen werden in Form von elektrischen oder pneumatischen Signalen einem Registriergerät 8 übermittelt, wc sie aufgezeichnet werden können. Die fakultativ vorgesehenen Meßgeräte 11 und 12 übermitteln dem Bedienungspersonal eine visuelle Anzeige von Abweichungen gegenüber den vorgesehenen Abmessungen. Das Gerät enthält weiter passende Antriebsmechanismen für die Relativbewegung von dem Werkstück 7 und Spindel 4 bzw. Tastvorrichtung 6 entlang der drei orthogonalen 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 ^-Achse unabhängig von der Bedingungen in x- und .y-Achse vorgenommen. Die Achse für die Messung wird automatisch durch die Annäherungsrichtung an das Werkstück 7 ausgewählt, wodurch zusätzliche Schaltmaßnahmen von Seiten des Bedienungspersonals oder des Gerätes nicht erforderlieh sind. Während die Tastvorrichtung der ^-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 «bgetastet werden, während die Tastvorrichtung in der x- und y-Achse gesperrt ist und so jeweils eine kontinuierliche Aufzeichnung des Meßergebnisses erfolgen kann.

Wie aus der vorhergehenden Beschreibung ersiehtlieh ist, kann dasselbe Gerät dazu benützt werden, um ein Werkstück herzustellen und das gleiche Werkstück zu prüfen. Ein eigenes Prüfgerät, wie es bisher allgemein üblich benutzt wurds, ist daher nicht mehr erforderlich.

Betrachtet man Fig.2, so erkennt man, daß die Tastvorrichtung 6 ein hohles zylindrisches Gehäuse 13 enthält, an dessen oberem Ende ein konischer Schaft 14 befestigt ist, der aufgrurd der genormten Verjüngung in

den Klemmring der Spindel 4 paßt. Die konische Frrm des Schaftes 14 kann zlt 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 Befestigungsflansch 15 und mit dem Schaft 14 über die Anpassungsplatte J7 zu verbinden. Ein Stiftschaft 18 mit einem zentralen sphärischen Lagerelement 19 ist beweglich gelagert mittels fester und beweglicher Lagerschalen 21 bzw. 22, welche 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 leic.v-.is Entfernen oder Auswechseln des Tastkontakts 39. i-o. .n 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. '.- 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 Tasikonttüites 39 gestattet die Anpassung der Vorrichtung an verschiedene Prüfanwendungen. So kann z. B. der Tastkontakt in di.r Form modifiziert werden, daß die Prüfung schmaler Schlitze oder ähnlicher Formen durchgeführt werden kann, was mit dem halbkugelförmigen Tas'kontakt 39 entsprechend der Ausführungsform von F i g. 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 t .te stigt. Wie zu sehen ist. besitzt der Federhalter 25 eine zentrale öffnung, um das obere Teil des Stiftschaftes 18 i.indurchtreten 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 ober? 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 ÜUersetzungskonus

27, welcher gleitend im Gehäuse 13 befestigt ist. Eine Stützfeder 28 für den Konus wird am oberen Ende durch den HalUir 29 in ihrer Bewegung begrenzt, Während ihr unteres Ende auf der oberen ebenen Fläche des Übersetziungskonus 27 aufliegt. Ein Stift 31 ragt durch ι 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 unleren Oberfläche des Übersetzurigskorius 27 beträgt 90°. Ein to 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 Ausgangssignal am benachbarten Meßwert- !■> wandler 315 bewirken.

Die bewegliche Schraubenfeder 23 übt einen

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 daü obere Ende des Stiftschaftes 18 zu drücken.

Der M'eßwertwandler 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 Meßwertwandler 35 mit einem J" 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. J> 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 Annäherungsrichtnng an den Prüfpunkt wird die ^w 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 ^ Stiftschafl: 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 Stiftschafl: 18 jedoch ausgehend von einer freien oder ungesperrten Lage entlang der z-Achse ausgelenkt wird, bewegt sich der Sperring 38 in das Gehäuse 13

⁶⁰ 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 Stiftschäftes 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 7-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

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 Stiftschafl 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 von der Seite in Richtung des Pfeiles 45 genähert hat. Es entspricht dies einer Bewegung in der horizontalen Ebene in Richtung eines Prüfpunk'.fis. welcher durch die x- und y-Koordinaten definiert ist. Sobald der Tastkontakt 39 durch seine Berührung mit der 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 einem bogenförmigen Weg bewegen und dadurch eine Verschiebung des Übersetzungskonus 27 in Richtung des Pfeiles 46 verursachen. Der Stiftschaft 18 bewegt sich nicht nach oben, wenn er bogenförmig ausgelenkl wird. Weiter bewegt sich der Sperring 38 in eine Lage, in 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 in vertikaler Richtung verhindert. Wenn der Stiftschaft 18 in seine ursprüngliche ungesperrte Lage zurückgebracht wird, gibt der Sperring 38 das Gehäuse P frei und die Tastvorrichtung kann für eine Messung in den x- bzw. y-Achsen programmiert oder zu einer Messung in der z-Achse bewegt werden.

Zusammengefaßt bewirkt eine Auslenkung in der x- oder y-Achse eine Schwenkbewegung des sphärischen Lagerelementes 19 um den Punkt 24, aufgrund derer das obere Ende des Stiftschaftes 18 eine nach oben gerichtete Kraft auf den Übersetzungskonus 27 überträgt. Dieser Vorgang wird weiter eine Aufwärtsbewegung des Tauchbolzens 33 bewirken und ein Ausgangssignal am Meßwertwandler35 hervorrufen.

Eine Auslenkung des Stiftschaftes 18 längs der z-Achse wird direkt durch den Übersetzungskonus 27 längs dessen zentraler Achse auf den Tauchbolzen 33 übertragen. Auf diese Weise wird der Tauchbolzen 33 immer infolge einer geradlinigen Bewegung des Übersetzungskonus 27 bewegt, obwohl die Antriebskraft am Übersetzungskonus 27 entweder von einer

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 ί <7 Und den Konuswinkel 51 so auszuführen, daß eine bestimmte Auslenkung in der z-Achse den Überselzungskonus 27 um den gleichen Betrag wie eine Auslenkung in der x· oder y-Achse bewegt. Die Art, in welcher das Ausgangssignal des Meßwertwandlers aufgezeichnet wird, ist weiter unten beschrieben.

Um eine weitgehend lineare Auslenkung des Übersetzungskonus 27 bei einer Schwenkbewegung des Stifischaftes 18 zu erreichen, wird eine besondere geometrische Form des oberen Endes des Stiftschaftes H 18 verwendet Am besten ist diese Form aus Fig. 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 d'e 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 nähert. 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 W entstandene Oberflache kompensiert die der Vektor komponente der Schwenkbewegung des Stiftschaftes 18 eigene Nichtlinearität unci hat ein 1:1 Verhältnis zwischen der Verschiebung des TaMkontaktes 39 in der .ν- oder >-Achse und der gerad'inigen Verschiebung des Π Tauchbol/ens 33 zur Folge In der praktischen Ausführung hat es sich gezeig!, daß der nichtlineare Fehler auf einen Betrag von weniger als 0,0165 mm (0.00065 inch) bei einem maximalen Schwenkweg der Testvorrichtung von 3.25 mm (0.128 inch) reduziert ■*" „ -_j t .-

F 1 g 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 ⁴^ 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 fur 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 Spulentetlen 57 und 58 und eine dazwischen liegende Erregerspule 59. welche 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 ^h0 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- ^b5 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 Fig,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 Ausgangssighal 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, kann 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

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 /erstört 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 em Ausgangssignal Null erhält. Die anfängliche Ablenkung des Tastkontaktes 39 wird also zunächst negative Meßwerte zur Felge 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 Prüftet! 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 1,5 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 Registiierung auf der negativen Seite der Nullinie der Registriervorrichtung zur Folge haben. Andererseits wird, wenn das zu prüfende Werkstück Untergröße hat, die Testvorrichtung 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 worüen ist, gibt das Bäfiugefäi 71 einen Befehl üb, welcher die 'rastvorrichtung 67 vom Prüfpürikt entfernt und zürn 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, 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 RopruuüZiefuäFkeii vufi ±0,0125 ίΐίίίΐ (ir0,0005 ifiCil/ durchgeführt werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

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 Nockenfolyeeinrichtung 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 Hache ')7) komplementär zur konischen Fläche des E'ements (27) ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Ansprii ii !,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 Ruig 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 in? Gehäuse (13) angeordnet und im Eingriff mit dem oberen Bereich der Kugel vorgespannt ist.