DE1944605A1

DE1944605A1 - Vorrichtung zur Messung der Rundheit von zylindrischen Werkstuecken

Info

Publication number: DE1944605A1
Application number: DE19691944605
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Heider; Johannes Dr-Ing Perthen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-09-03
Filing date: 1969-09-03
Publication date: 1971-05-27
Also published as: DE1944605C3; DE1944605B2

Description

Vorrichtung zur Messung der Rundheit von zylindrischen Werkstücken Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung der Rundheit von zylindrischen Werkstücken, insbesondere zur Messung von Gleichdick-Formen, mit wenigstens einem Meßfühler und einem den Meßfühler tragendenMeßbügel, der sich längs zu beiden Seiten des Meßfühlers vorgesehener Stützlinien auf dem Werkstück abstützt.
Es ist bekannt, die Rundheit von zylindrischen Werkstücken dadurch zu messen, daß die Werkstücke auf einen mit hoher Genauigkeit umlaufenden Rundtisch gesetzt und von einem Meßtaster abgetastet werden. Eine andere bekannte Lösung besteht darin, den Meßtaster an einer mit hoher Genauigkeit umlaufenden Spindel zu befestigen und um das stillsteherde Werkstück herum zu führen. Der wesentliche Nachteil dieser bekannten Vorrichtungen besteht in dem hohen Aufwand, der durch einen Rundtisch oder eine Spindel hoher Genauigkeit bedingt ist.
Es ist ferner bekannt, die Rundheit von zylindrischen Werkstücken dadurch zu messen, daß man das Werkstück in ein Prisma einlegt und unter einem Meßtaster dreht. Mit Vorrichtungen dieser Art lassen sich jedoch beispielsweise sogenannte Gleichdick-Formen nicht einwandfrei messen (derartige Werkstücke weisen zwar in allen diametralen Ebenen denselben Durchmesser auf, wobei sich jedoch der Durchmessermittelpunkt verlagert). Je nach der Eckenzahl des Gleichdicks (die in der Praxis zwischen 3 und ii schwanken kann) muß ein unterschiedlicher Prismenwinkel (zwischen 56 und 1300) gewählt werden.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der Nachteile der bekannten Ausführungen eine Meßvorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß mit einfachen Mitteln die Rundheit von zylindrischen Werkstücken, insbesondere von Gleichdick-Formen, gemessen werden kanne ohne daß die (vor der Nessung regelmäßig unbekannte) Vieleckzahl des Werkstückes einen störenden Meßfehler mit sich bringt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zu beiden Seiten des Meßfühlers mindestens Je zwei Stützlinien vorgesehen sind, die durch einen gegenüber dem Meßbügel beweglichen Stützlinienträger miteinander verbunden sind.
Durch diese geeignet angeordneten Stützlinien wird der den Meßfühler tragende Meßbügel auch dann auf einer annähernd zylindrischen Bahn gehalten, wenn das Werkstück eine der üblichen Vieleckformen, insbesondere ein 3-, 5-, 7-, 9- usw. eckiges Gleichdick ist.
Diese und weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden Besohreibung einiger in der Zeichnung veranschaulichter Ausführungsbeispiele hervor. Es zeigen Fig.1 ein Schema eines ersten Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig.2a eine Schemadarstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise bei einem 3-eckigen Gleichdick; Fig.2b eine Schemadarstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise bei einem 5-eckigen Gleichdick; Fig.2c eine Schemadarstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise bei einem zusammengesetzten 3- und 5-eckigen Gleichdick; Fig.3 eine Prinzipdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispieles; Fig.4 und 5 Schemadarstellungen von zwei weiteren Ausführungsformen.
Die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung zur Messung der Rundheit eines zylindrischen Werkstückes 1 enthält im wesentlichen einen Meßfühler, dessen beweglicher Teil 2 das Werkstück 1 abtastet und dessen feststehender Teil 3 von einem Meßbügel 4 getragen wird. Der Meßfühler kann beispielsweise auf induktiver, kapazitiver oder piezoelektrischer Basis beruhen. Er ist an eine im einzelnen nicht dargestellte Verstärke-Rechen- und Anzeigeeinrichtung angeschlossen.
Zu beiden Seiten des Meßfuhlers 2,3 ist je ein Prisma 5 bzw. 6 angeordnet. Die beiden Prismen liegen längs Stützlinien 5F,5b,6a,6b auf dem Werkstück 1 auf und sind an einstellbaren Verbindungsstangen 7,8 schwenkbeweglich (Achsen 9,10) gelagert.
Der Winkel zwischen den die Prismen tragenden Stangen 7,8 ist mit oiund der Winkel zwischen den Stützlinien 5a,5b (ebenso wie der Winkel zwischen den Stützlinien 6a,6b) mit t bezeichnet.
Das Werkstück 1 stützt sich auf einer durch Rollen 11 gebildeten Halterung ab.
An Hand der Fig.2a,2b und 2c sei zunächst erläutert, daß der Meßfühler 2,3 auch dann eine fehlerfreie Messung der Rundheit des Werkstückes 1 durchführt, wenn das Werkstück ein 3-eckiges, ein 5-eckiges oder ein 3- und 5-eckiges Gleichdick darstellt.
Ein 3-eckiges Gleichdick besitzt bezogen auf den idealen Durchmesser (in Fig.2a Linie 12) drei sinusförmige Wellen auf den Umfang verteilt. Der Umfang der Werkstückes 1 wird in diesem Falle (in Abwicklung) durch die Sinuslinie 13 dargestellt.
Der Meßbügel 4 der Meßvorrichtung stützt sich über die beiden (in Fig.2a etwas schematisierten) Prismen 5,6 auf dem Umfang ab. Die Stützlinien (5a,5b und 6a,6b) jedes Prismas sind um den Winkel r gegeneinander versetzt;die Prismenmittelpunkte (Schwenkachsen 9,10) weisen in Bogenwinkeln den Abstand oS auf.
Wählt man für ein 5-eckiges Gleichdick den Winkel di zu 180/3 = 600 und für ein 5-eckiges Gleichdick den Winkel zu 180/5 = 360, so erkennt man bei Betrachtung der Figuren 2a und 2b, daß bei Abtastung des Werkstückumfanges der Meßbügel 4 und damit der feststehende Teil 3 des Meßfühlers stets parallel zum idealen Umfang 12 des Werkstükkes bleibt. Infolgedessen tastet der bewegliche Teil 2 des Meßfühlers fehlerfrei den Werkstückumfang ab.
Gleiches gilt, wenn das Werkstück ein zusammengesetztes 3- und 5-eckiges Gleichdick darstellt (vgl. Figur 2c).
Bei dem in Figur 3 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel ist zwischen dem mittleren Meßfühler 2,3 und den beiden Prismen 5,6 noch je ein weiterer Meßfühler 14,15 und 16,17 angeordnet. Der Abstand der beiden zusätzlichen Meßfühler vom mittleren Meßfühler ist mit #1 und der Abstand der Prismenmittelachsen vom mittleren Meßfühler mit #1 bezeichnet. Die Stützlinien 5a,5b bzw. 6a,6b der beiden Prismen sind gleichfalls um den Winkel 3 1 gegeneinander versetzt.
Fur die Auslenkungen ?2,F14 und F16 der beweglichen FUhler 2,14 und 16 der drei Meßfühler gelten die folgenden Gleichungen: Dabei ist n eine ganze Zahl, die die Eckenzahl des Vielecks angibt und in der Praxis zwischen 2 und 12 liegt.
Die Bewegungen R7 bzw. R8 der beiden Prismen-Trägerstangen 7,8 und die hierdurch hervorgerufenen Bewegungen des Neßbügels 4 sind durch folgende Gleichungen gegeben: Nimmt man die Auslenkungen F2,F14 und F16 der beweglichen Teile 2,14,16 der Meßfühler als negativ und die Bewegung des MeßbUgels 4 mit den feststehenden Teilen 3,15,17 der Meßfühler als positiv an, so ergeben sich für die Signale A3, A15, A17 der Meßfühler folgende Gleichungen: (6) A3 = 2/1 (R7 + R8) - F2 Diese drei Signale A3, A15 und A17 werden nun nach folgender Gleichung zusammengeschaltet: (9) s = A3 (1 - 2a) -- a (A15 + A17) Hierbei ist a eine Konstante, die man ebenso wie und 1 derart wählt, daß sich bei den in der Praxis am häufigsten vorkommenden Vieleckzahlen ein geringstmöglicher Fehler ergibt. Wie rechnerisch ermittelt wurde, sind günstige werte beispielsweise: #A = 47,5°; #1 = 25,7°; a = 1,300.
Bei dem in Figur 4 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel, sind zu beiden Seiten des Meßfühlers 2,3 je zwei Prismen 5,5' bzw. 6,6' vorgesehen, die schwenkbeweglich an den beiden Armen eines doppelarmigen Hebels 18, 19 angreifen. Diese Hebel sind ihrerseits schwenkbeweglich (Achsen 20,21) an Verbindungsstangen 7',8' gelagert und über diese Stangen mit dem Meßbügel 4 verbunden. Nit einer solchen Anordnung lassen sich bei geeigneter Wahl der statzlinisn beispielsweise 3-, 5- und 7-eckige Gleichdicke (mit drei verschiedenen Eckenzahlen) einwandfrei vermessen.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 wird der Stützlinienträger für alle Stützlinien durch ein bandförmiges flexibles Element 22 gebildet, das an seinen Enden über Gelenkarme 23,24 mit dem Meßbügel 4 verbunden ist.
Ein solcher Stützlinienträger mit einer gegen unendlich gehenden Zahl von Stützlinien ergibt sich in letzter Konsequenz bei weiterem Ausbau der Anordnung gemäß den Figuren 1 und 4. Es versteht sich, daß das flexible Element beispielsweise auch durch dünne Drähte gebildet werden kann.
Als Material kann beispielsweise Kunststoff Verwendung finden, wenn ein metallisches flexibles Element zu Beschädigungen der Werkstückoberfläche führen könnte.

Claims

Patentansprüche

1.) Vorrichtung zur Messung der Rundheit von zylindrischen Werkstücken, insbesondere zur messung von Gleichdick-Formen, mit wenigstens einem Meßfühler und einem den Meßfühler tragenden Meßbügel, der sich längs zu beiden Seiten des Meßfühlers vorgesehener Stützlinien auf dem Werkstück abstützt, d a d u r c h g e k e n n -z e @ c h n e @ , daß zu beiden Seiten des Meßfühlers (2,3) mindestens je zwei @tützll@@i@n (5a,5b,6a,6b) vorgeschen sind, die durch eien geg@ dem Meßbügel (4) beweglichen @@ützlinienträger @@@@@inander verbunden sind.

2.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzel@@@@@et daß die Stützlinienträger (5,6) durch schwekbeweglich am Meßbügel (4) gehalterte Prismen gebildet werden.

3.) Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten des Meßfühlers (2,3) je zwei Prismen (5,5' und 6,6') vorgesehen sind, die schwenkbeweglich an den beiden Armen eines doppelarmigen Hebels (18 bzw. 19) angreifen, der seinerseits schwenkbeweglich am Meßbügel (4) gehaltert ist.

4.) Vorrichtung nach den Ansprüche 1 und 2, @@@urch gekennzeichnet, daß zwischen dem mittleren Meßfühler (2,3) und den beiden Prismen (5,6) je ein weiterer Meßfühler (14,15 und 16,17) angeordnet ist.

5.) Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal (A3) des mittleren Meßfuhlers (2,3) und die Signale (A15,A17) der beiden weiteren Meßfühler (14,15 und 16,17) nach der Formel S = A3 (1 - 2a) - a (A15 + A17) zusammengeschaltet sind, wobei die Konstante a, der Abstand (#1) der beiden weiteren Meßfühler vom mittleren Meßfühler sowie der Abstand YA der beiden Prismen vom mittleren Meßfühler derart bestimmt werden, daß der Meßfehler für die Hauptsächlich auftretenden Gleichdick-Formen ein Minimum ist.

6.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützlinienträger für alle Stützlinien durch ein vorzugsweise bandförmiges, flexibles Element (22) gebildet wird, das an seinen Enden mit dem Meßbügel (4) verbunden ist.

L e e r s e i t e