DE2006404A1 - Meßvorrichtung zur Vermessung von Werkstücken - Google Patents

Description

Meßvorrichtung sur Vermessung von Werkstücken

Die Erfindung bezieht sicli auf eine Meßvorrichtung mit einem Uoiükopf, in dem ein Meßfühler entlang einem gradlinigen Weg hinui'id /i.-jrh^'.-e^lich ist, wobei die Achse dos Fühlers mit der Richtung des ''ο£θε zusammenfällt und wobei den Fühler ein strömun&smittelbetäti;;ter Kolben zugeordnet ist.

bei einer Meßmethode zur Vermessung der Abmessung von Werkstücken, die einen Meßfühler verwendet, der auf ein Werkstück zu- oder von diesem fortboweglich ist. entlang einem gradlinigen Weg, der mit der Längsachse des Fühlers zusammenfällt, ändert sich die von dem Meßfühler auf das Werkstück ausgeübte Kraft mit unterschiedlichen lieigungswinkeIn der Längsachse in bezug auf eine horizontale Bezugsebene, da das wirksame Gewicht des Meßfühlers bei jedem Winkel unterschiedlich ist. Bei Anwendungsfallen, in denen große Präzision gefordert ist, kann ein Meßfehler, der sich aus der unterschiedlichen Kraft ergibt, mit der der Meßfühler gegen das Werkstück drückt,

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nicht zugelassen werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Meßvorrichtung zu schaffen, die diesen Nachteil überwindet.

Bei einer Heßvorrichtung der eingangs gekannten Art wird diese Aufgabe durch eine Steuereinrichtung gel'.iot, die den Druck· des den Kolben beaufschlagenden Strömungsmittels in Abhängigkeit vom Neigungswinkel der Fühlerachse gegenüber einer Bezugsebene steuert, wodurch die von dem Fühler auf ein Werkstück ausgeübte Kraft ^ durch Ausgleich des Gewichts des Fühlers bei jedem Neigungswinkel gegenüber einer Bezugsebene im wesentlichen konstant gehalten wird.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird ein Ausführungsbeispiel nachfolgend anhand von Zeichnungen beschrieben:

Fign. 1 und 2 zeigen eine Seiten- bzw. Frontansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. Jj zeigt im Schnitt einen Teil der Vorrichtung nach den Fign. 1 und 2;

Fig. 4 zeigt schematisch eine Steuervorrichtung und Fig. 5 zeigt eine Darstellung von Kraftvektoren.

In den Fign. 1 und 2 ist eine beispielhafte Meßanordnung 10 dar gestellt, die ein Ausführungsboispiel der erfindungsgema^en

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Preßvorrichtung nach dorn erf lnäurigsge:üs£;en Verfahren verwendet. Die Maschine 10 v/eist ein:· Grundplatte 11 auf, die einen Teil 12 besitzt, der eine V/älzlageranordnung Ij." trägt, welche ihrerseits eine horizontal angeordnete Welle lagert, die im wesentlichen reibungslos um die horizc.^ale Achse 1;. drehbar ist. An der Welle 14 ist in geeigneter Weise ein Arm 16 befestigt, an dessen äußerem Ende ein äußerer Ueßlcopf 17 angeordnet ist. Der äußere Meßkopf 17 hält einen Fühler IC, der höhenverstellbar in dem Meßkopf angeordnet ist und der eine Spitze 19 aufweist, die mit einem Werkstück in Eingriff bringbar ist.

Die Meßanordnung 10 weist eine aus einem Motor und einem Getriebekasten bestehende Anordnung 20 auf, die auf einer Halterung 21 angeordnet ist, die auf dem oberen Teil 12 der Grundplatte 11 befestigt ist. Die Anordnung 20 ist mit der horizontalen Welle 14 verbunden und vermag über die VJelle 14 den Arm und den äußeren Meßkopf 17 um einen Winkel tou otvros mehr als IcO in der vertikalen Ebene zu drehen. Bei der Verdrehung c^r. !"eßkopfes 17 wird der Fühler gegen die äußere Fläche eines sphärisch _c,:~.: jenen Werkstückes 2Z> gehalten. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens v/ird durch das Aufbringen einer im wesentlichen konstanten Meßkraft das Vermessen der Abmessungen eines lierkstückes mit großer Genauigkeit ermöglicht.

Die Meßanordnung 10 besitzt eine weitere Wälzlageranordnung 24, in der eine horizontale Welle 2jj im wesentlichen reibungslos um eine horizontale Aehso 26 Gelagert ist. Die Wäl^lageranordnung 24

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BAD ORJGiNAL

ist von einem vorstehenden Teil 27 der Grundplatte 11 gelagert. Die Welle 25 besitzt einen weiteren Meßkopf, der als innerer Meßkopf bezeichnet werden soll und der drehfest mit der Welle verbunden ist. Da der innere Meßkopf dem äußeren Meßkopf 17 sehr ähnlich ist, wird er ebenfalls mit dem Bezugszeichen 17 versehen. Ebenso werden der Fühler und die Fühlerspitze in entsprechender Weise mit den Bezugszeichen 18 und 19 versehen. Der Fühler 18 des inneren Meßkopfes 17 ist mit der inneren Oberfläche 30 eines Werkstückes25 bei einer Drehung des Meßkopfes 17 in einer vertikalen Ebene durch den Motor und die Getriebeanordnung 29 in Eingriff bringbar. Die Motor- und Getriebeanordnung 29 ist auf dem aufrechten Teil 27 der Grundplatte 11 gelagert und mit der Welle 25 verbunden. Der innere Meßfühler kann um einen Winkel von etwas Wehr · als l80 geschwenkt werden, während er auf die innere Oberfläche 30 einen im wesentlichen konstanten Druck ausübt.

Die Meßanordnung 10 weist eine Haltevorrichtung ;>2 auf, die drehbar in dem aufrechten Teil 27 der Grundplatte 11 mit Hilfe eines Wälzlagers 33 gelagert ist. Dadurch ist die Haltevorrichtung ;»2 um eine feststehende vertikale Achse 35 des aufrechten Teils Γ7 drehbar. Bei dieser Ausführungsform fällt die vertikale Achse 3 3 mit einer feststehenden vertikalen Ebene, in der die Längsachsen der Fühler 18 bei ihrer Drehung sich bewegen, während sie mit don zugeordneten Oberflächen des Werkstücks 23 in Eingriff stehen, zusammen.

An der Haltevorrichtung Z>2 ist ein Tisch 40 befestigt, der eine kreisförmige Tragfläche 41 aufweist, die in einer horizontalen Ebene angeordnet ist. Auf der kreisförmigen ebenen Fläche 41 ist

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eine ,Spannvorrichtung 42 angeordnet, die eine Tragfläche 4i aufweist. Die Tragfläche 43 "riitni.it das n^h'ärisch jefernte 'Werkstück 2 j auf und sichert das Werkstück /je^eri Verschiebungen, während die Meßfühler nit de« Werkstück in Zin^-riff stehen.

Über einen Ilotor und eine Getric'jeanordnunj 43, ist die Haltevorrichtun.j 3-2 und damit auch der Werktisch 40 um eine vertikale Achse i3 drehbar. Die Cetriebeanordnunj 43 besitzt ein Antriebs-3tirnzahnrad, das mit einem Ringzahnrad 47 kämmt, das seinerseits konzentrisch zu dem aufrechten Teil 27 der Grundplatte 11 angeordnet ist. Die Getriebeanordnung 43 ist so in der Meßanordnung 10 d angeordnet, daß der Werktisch 40 sich selbsttätig um einen Winkel von 3üC "' zu drehen verma.r. Eine manuell betätijbare Überholvorrichtunr; 48 ist mit dem Motor und der Getriebeanordnung 47 verbunden, r; ·) daß entweder der Werktisch 40 manuell in eine bestimmte Lac^ri gebracht oder wieder zurückgestellt werden kann ,oder daß die Drehung des Werktisches 4o vollständig; automatisch erfolgen kann. Die Gotriebeanordnung 43 und das damit zusammenwirkende Ringzahnrad 47 ermöglichen eine genauο Bewegung und Einstellung des Werktisches 40 und des Werkstücks 23 um die vertikale Achse y-j. Die * Getrieberäder ¹IC und 47 stellen eine Bremse dar, die den Werktisch 4o gecen eine v/eitere Drehua; aus jeder Lage heraus hindern. Obwohl dio Meßfühler Io lediglich in oLner feststehenden vertikalen Ebene bowejbar sind, wird durch die unbegrenzte Verdrehung des Werkstücken um die vertikale Achse 33 ,Jeder Punkt der Oberfläche des Werkstücke 23 für die inneren und äußeren Meßfühler 18 erfaß bar. Jeder Meßkopf 17 besitzt eine Vorrichtung, die allgemein mit dem Bezugszeichen 30 versehen ist (Pig.4). Die Vorrichtung ¹JQ dient)

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BAD OWQiNAI.

zum Ausgleich des Gewichts des Meßfühlers 18 und zur Steuerung der Kraft, die durch die Spitze 19 des Meßfühlers 18 gegen das Werkstück 23 ausgeübt wird und hält diese Kraft im wesentlichen konstant.

en Der Einfachheit halber und zur leichteren Darstellung soll/nunmehr

die Einzelheiten der Steuer- und Ausgleichsvorrichtung 50, die dem inneren Meßkopf·17 zugeordnet ist, beschrieben werden. Die Vorrichtung 50 ist dem Fühler 18 zugeordnet, der normalerweise mit der inneren Oberfläche 50 des Werkstück 23 in Eingriff steht. Es versteht sich, daß eine im wesentlichen der Vorrichtung 50 identische Vorrichtung für den äußeren Meßkopf 17 mit seinem Fühler 18 vorgesehen ist, der normalerweise mit der äußeren Oberfläche 22 des sphärisch geformten Werkstückes 23 in Eingriff steht. Die Beschreibung der Einzelheiten der Vorrichtung 50, die dem inneren Meßkopf zugeordnet ist, ist vollständig auf jene Vorrichtung übertragbar, die dent äußeren Meßkopf zugeordnet ist.

Der Meßfühler 18 ist im Meßkopf 17 hin- und horvschiebar. Der Fülller 18 weist einen strömun^smittelbetätigten Kolben 52 auf, dor im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung vom hinteren !Abschnitt eines Fühlers gebildet 1st, der I^ühlor 18 und damit der IKolbenteil 52 gleitet axial entlang einem gradlinigen Weg, der mit einer Längsachse 51 des Fühlers 18 zusammenfällt. Der Kolben 52 gleitet in einer Strömungsmittelkammer 53* die von einer kreiszylinderförmigen Fläche 5²l·» die im Meßkopf 17 gebildet ist, be-

ist,
grenzt. Die Vorrichtung 50 steuert den Druck eines Sr

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das die Innenfläche 53 des Kolbens 52 in Abhängigkeit von dem Winkel zwischen der Achse 31 und einer Bezugsebene beaufschlagt.

Dadurch wird die auf den Fühler 18 aufgebrachte Kraft gegen das Werkstück 23 gesteuert.

Bei dieser Darstellung soll eine horizontale Ebene als Referenzebene herangezogen werden. Die Vorrichtung 50 steuert den Druck des Strömungsmittels,·z.B. Luft, in der Kammer 53 als Punktion vom Sinus des Neigungswinkels der Achse 31 gegenüber der horizontalen Ebene, um dadurch die auf den Meßfühler 18 gegen das Werkstück 23 aufgebrachte Kraft im wesentlichen bei allen Neigungswinkeln der Achse 51 des Meßfühlers und des zugeordneten Meßkopfs 17 in bezug auf die Bezugshorizontalebene konstant zu halten. Die Vorrichtung 50 weist bei diesem Ausführungsbeispiel eine Druckreguliereinrichtung mit offenem Rückstoß auf.

Die Vorrichtung 30 enthält einen Lagefühler, der allgemein mit dem Bezugszeichen ^B versehen let. Ei- er.■ "'.1'; eine Halterung oder ein Haltegehäuse 6o, das in geeigneter Weise am i·? ."..,opf 17 befestigt ist. Das Gehäuse 6o weist ein Organ 61 auf, das in einen Endteil 62 des Gehäuses geschraubt ist. Das Organ 6l besitzt eine erste ebene Fläche 6j> (Fig. 3 und 4), die eine öffnung 64 aufweist, aus der Strömungsmittel, beispielsweise Luft, senkrecht aus der ebenen Fläche 65 herausströmen kann. Der Lagefühler besitzt ein Gewicht, gezeigt als bolzenähnlicher Teil 65, der eine zweite ebene Flache 66 aufweist, die das eine Ende des bolzenähnlichen Teils 64 bildet. Die ebene Fläche 66 ist senkrecht zur Längsachse 67 des Gewichts 65 angeordnet. Das Gewicht 65 und damit die ebene Fläche

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66 ist beweglich gelagert und kann entlang der Achse 67 gradlinig auf die ebene Fläche 63 zugeschoben oder von ihr fortgeschoben werden. Die Achse 67 verläuft parallel zur Achse 5I des Fühlers l8. Die ebenen Flächen 63 und 66 bleiben bei der gradlinigen Bewegung des Gewichts 63 parallel zueinander.

Die Vorrichtung 50 weist Strömungsmittelleitungen auf. Eine Leitung 70 davon ist über einen inneren Kanal 69 im Organ 6l mit der öffnung 64 verbunden. In die Leitung 70 ist ein pneumatisches Umsteuerrelais 71 geschaltet. In Strömungsmittelrichtung am oberen Ende der Leitung JO ist eine Druckluftreguliereinrichtung angeordnet, die durch eine geeignete Druckluftquelle gespeist ist. Das Relais 71 ist mit reguliertem Druck gespeist, der von einer Leitung 6£ übertragen wird. Die Leitung 68 besitzt eine einstellbare Druckreguliervorrichtung 68A. Die Druckreguliervorrichtung 68 A ist in geeigneter V/eise mit einer Druckluftquelle verbunden.

Die Vorrichtung 50 besitzt eine Leitung 73* die mit dem einen Ende mit dem Relais Jl verbunden ist, wobei eine feststehende Drossel in die Leitung 73 nahe dem Relais 71 geschaltet ist. Das andere Ende der Leitung 73 ist mit einer Druckreguliervorrichtung 7^ verbunden, die einen genau abgestimmten Druck erzeugt. Der Betrieb dieser Druckreguliervorrichtung Th wird in Abhängigkeit von dem Steuerdruck in der Leitung 73 genau gesteuert. Die Vorrichtung 30 weist ferner eine Leitung 713 auf. Das eine Ende 77 der !Leitung 75 ist mit der Druckreguliervorrichtung und das gegenüber-

!liegende Ende in geeigneter Weise mit dem Meßkopf I7 verbunden. :Dort steht sie in Vorbindung mit einem inneren Kanal 76 im Meßkopf

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17, der zur Kammer 55 führt.

Die Druckreguliervorrichtung 74 für fein abgestimmten Druck kann von irgendeiner bekannten Ausbildung sein. Sie besitzt eine Leitung, durch die Druckluft von einer geeigneten Druckluftquelle herangeführt wird. Es ist eine Leitung 8l vorgesehen, deren eines Ende mit dem Ende 77 der Leitung 7.5 und deren anderes Ende mit einem geeigneten Vakuum verbunden ist, das versucht, in der Leitung 73 eine konstante Druckluftströmung unter negativem Druck aufrecht zu erhalten. Die Druckluftreguliereinrichtung J^ speist regulierte Luft in das Ende 77 der Leitung 75*um sowohl das in der Leitung 3l herrschende Vakuum als auch unterschiedliche Mengen, die von der Größe des Signals in der Leitung 73 abhängen, auszugleichen. Die Leitung ^r('y steht in Verbindung mit dem Lagefühler. Dadurch wird in dor Hamm or ^:χ) entweder ein gesteuertes, teilweises Vakuum "j']':ic ein gesteuerter positiver Druck erzeugt.

Die oben beschriebenen Teile der Vorrichtung 50 bilden die Hauptteile οines Druckluftsystems, bei dem bei einem Anheben des Meßkopf π 17 und des Lagefühlers ^cj3 oberhalb einer horizontalen Lage Λ ('lar'jGGt'jllt in den Fign. 4 und ^), deren parallele Achsen ^l und ;7 aus der zu einer horizontalen Ebene parallelen Lage in vertikaler Richtung verschoben werden. Dadurch wird die ebene Fläche 66 näher an die ebene Fläche 6~3 gedrückt, und zwar wegen der Schwerkraft des Gewichts 65. In der Leitung 70 wird dadurch ein größeres strörnungsmittelsignal erzeugt und damit ein kleineres .'jtrömungrjrnittolslgnal in der Leitung 'J"J «u der Druckreguliervor-

richtung 'p\ entsprechend der Wirksamkeit des Umsteuerrelais '(1.

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Die Höhe des Strömungsmittelsignals in der Leitung 73 nimmt direkt proportional mit dem Sinus des Neigungswinkels der Achsen 51 und 67 gegenüber der horizontalen Ebene ab. Das Strömungsmittelsignal in der Leitung 73 betätigt die Druckreguliervorrichtung 7^ für fein abgestimmten Druck, der die Einspeisungsmittel für die Strömungsmittelkammer 53 enthält. Die Druckreguliervorrichtung steuert den Druck in der Kammer 53 und dadurch die Kraft, mit der die Spitze 19 des Fühlers 18 gegen, die innere Oberfläche 30 des Werkstücks 23 gedrückt wird.

Bezüglich der Steuerung des Druckes in der Sixomungsmittelkammer 53 wird erwähnt, daß sowohl solche Fälle, bei denen der Druck in der Kammer 53 positiv ist und damit größer als der Atmosphärendruck, so daß der Kolben 52 und der Fühler 18 in eine zurückgezogene Lage gedrückt v/erden, als auch solche Fälle, bei denen der Druck in der Kammer 53 negativ ist und damit kleiner als der Atmosphärendruck, so daß der Kolbon 52 und der Fühler 18 nach außen

ery in eine ausgefahrene Lage gedrückt word.'Werden der innere Meßkopf 17, der Fühler l8 und der Lagefühler 58 aus der mit durchgezogenen Linien dargestellten Lage A in Fig. 4 im entgegengesetzten Uhrzeigersinn zum höher gelegenen Teil des Werkstücks 23 bewegt, so ergibt sich, daß ein größeres Vakuum erforderlich ist, um die Spitze des Meßfühlers 18 gegen die innere Oberfläche des Werkstücks 23 mit einer vorgegebenen konstanten Kraft zu drücken.

Dieses erhöhte Vakuum wird mit Hilfe der ebenen Fläche 66 ernäher
reicht, die wegen der Schwerkraft/an die ebene Fläche 63 heran bewegt wird. Dadurch wird in der Leitung 7'j> ein erhöhtes Signal erzeugt, das zur Druckreguliervorrichtung 7²^ geleite·; wird. ,

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Die Druckreguliervorrichtung gibt Luft von geringerem Druck in den Leitungsteil 77 der Leitung 75> wodurch in der Leitung 73 ein größeres Vakuum hervorgerufen wird.

Bei den oberen Meßkopf und seinem Meßfühler 18 wird der Fühler und der Kolben 52 normalerweise die Spitze 19 des Fühlers fester gegen die äußere Oberfläche 22 des Werkstückes drücken. Die Einstellung des absoluten Druckes der Druckreguliervorrichtung 64 für den oberen Meßkopf 17 wird so erfolgen, daß Druckluft von genügend größerem Druck als Atrnosphärendruck in der Kammer 53 erzeugt wird, um das Gewicht des Fühlers auszugleichen, und um sicherzustellen, daß der äußere Fühler l£ mit einer vorgegebenen konstanten Kraft gegen das Werkstück 23 drückt. Diese konstante Kraft kann von gleicher Größe sein wie die konstante Kraft, die von dem inneren -Fühler 18 aufgebracht wird.

Wie oben gezeigt wurde, verändert ci^h rl er Druck oder das Vakuum, die in der Kammer 53 erforderlich sind, "ixt unterschiedlichen Neigungswinkeln der zugeordneten Meßköpfe. Dies galit in einfacher Weise aus Fig. 5 hervor. Unabhängig davon, ob der Druck in einer

ist bestimmten Kammer, positiv oder negativ ist,''seine Größe und damit die gegen den Kolben 52 des zugeordneten Fülllers wirkende Kraft eine Funktion des Sinus des Neigungswinkels des zugeordneten Fühlers gegenüber einer horizontalen Ebene. Zum besseren Verständ nis der Erfindung zeigt die Fig. 5 vertikale Linien von verschiedenen Längen, die die Größe der Drücke in der zugeordneten Kammer 53 und damit die Kräfte, die gegen den zugeordneten Fühler 18 bei unterschiedlichen Lagen wirken, wiedergeben. Die Lage A gibt eine Stellung des Fühlers Iß wieder, bei der die Achsen j\

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und 67 des Fühlers 18 und des Gewichts 6} horizontal verlaufen. Die Lage D gibt eine Stellung des Fühlers l8 wieder, bei der die Achsen des Fühlers und des Gewichtes 05 vertikal verlaufen.

Der Fig. 5 ist zu entnehmen, daß der äußere Fühler in der Lage A in seiner Strömungsmittelkammer 33 ein Vakuum aufweist, das an einem Punkt zwischen den Lagen A und B sich zu einem Druck verwandelt. Der äußere Fühler l8 wird in den Lagen B, C und D mit einem positiven Druck beaufschlagt. Von der Lage B zur Lage D muß der Druck erhöht werden, so daß die Meßkraft, die durch den äußeren Fühler gegen'die äußere Oberfläche 22 ausgeübt wird und durch den Pfeil K dargestellt wird, bei jeder Winkelstellung aufrecht erhalten wird. Die dem inneren Fühler Ic zugeordnete Strömungsmittelkammer 33 wird bei allen Lagen A bis D mit einem Vakuum versorgt. Eei einer Bewegung des Fühlers von der Lage A zur Lage D nimmmt das Vakuum zu, so daß die Meßkraft, die durch den inneren Fühler Ic gegen die innere Oberfläche 30 ausgeübt wird und die ebenfalls mit einem Pfeil K bezeichnet ist, in allen Lagen im wesentlich konstant gehalten wird.

Aus dem bisherigen geht hervor, daß die Di'uckreguliervorrichtung 74 zur Regulierung des absoluten Druckes, die dem inneren Fühler 18 zugeordnet ist, in der zugeordneten Strömungsmittelkammer einen Druck erzeugt, der dem Druckzustand der Strömungsmittelkammer 53 des äußeren Fühlers entgegengesetzt ist. So wird z.B. in der Lage C in der Strömungsmittelkammer für den inneren Fühler ein Vakuum erzeugt. In der Strömungsmittelkammer des äußeren j Fühlers wird ein positiver Druck erzeugt. In jeder Lage A bis D

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für jeden Fühler lS hängt der Druekzustand in der zugeordneten Kammer, ganz gleich ob negativ oder positiv, vorn Sinus des Neigungswinkels gegenüber der Horizontalen ab.

Jeder Fühler 18 und sein zugeordneter Kolben 52 sind in geeigneter Weise im wesentlichen reibungsfrei hin- und herschiebbar gelagert, beispielsweise mit Hilfe eines Luftlagers. Dadurch ist der Drucksustand in der Strömungsmittelkammer 33 praktisch allein von dem oben erwähnten Neigungswinkel gegenüber der Horizontalen abhängig.

Um sicherzustellen, daß der Lagefühler 58 der Vorrichtung 30 eine optimale Empfindlichkeit aufweist, ist das längliche, bolzen-

entlang formigs Gewicht 63 zwecks reibungsloser, axialer Bewegung /einem geraden Weg durch ein Luftlager gelagert. Wie ersichtlich, besitzt der Lagefühler einen zylinderartigen Teil 63, der im Gehäuse βθ angeordnet ist. Dieses Teil besitzt eine zylindrische Bohrung 84, in der das Gewicht 65 geführt ist. Der zylinderartige Teil CjS kann aus porösem Werkstoff hergestellt sein, der einen gesteuerten Luftdurchfluß ermöglicht, wobei die Steuerung des Luftdurchflusseo von der Art des porösen Werkstoffes abhängt.

Die Vorrichtung _,0 besitzt eine Leitung 8.3, die in einem Kanal dos Gehäuses 60 mündet. Der Kanal 86 steht in Verbindung mit einer Ringkammer 90, die von zwei kreisförmigen Planschen 9I, die sich an entgegengehet-:ton linden des zylLnderartigen Teils radial nach

hfj;-;r'on'.t wLrri.
außen erstrecken,^ Ie sind gegenüber der zylindrischen Bohrung 92, die die Innenfläche dos Gehäuses bildet, abgedichtet. Das in

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SAD ORIGINAL

Strömungsrichtung obere Ende der Leitung 85 ist mit einer einstellbaren Druckreguliervorrichtung 93 versehen;, die mit Druckluft .von einer geeigneten Druckluftquelle gespeist wird. Die Druckreguliervorrichtung 93 ist so eingestellt, daß Druckluft in die Kammer 90 und durch den porösen Werkstoff des zylinderförmigen Teils 83 hindurchtritt, so daß die Druckluft in den zylindrischen Spalt 95 zwischen dem Teil 83 und dem Gewicht 85 eintritt. Auf diese V/eise wird ein Druckluft lager erzeugt, das im wesentlichen eine reibungslose axiale BewegungÜes Gewichts 65 im Gehäuse 60 ermöglicht.

Der Lagefühler 58 besitzt zwei Federn 96 und 97, die, falls erforderlich, gleiche Federkonstanten aufweisen. Die Feder 96 ist zwischen der Endwand 100 des Gehäuses 60 und dem einen Ende des Gewichtes 65 angeordnet, während die Feder 97 zwischen dem gegenüberliegenden Ende des Gewichts 6j und dem Endteil ö2 des Gehäuses liegt. Die Feder 97 legt sich konzentrisch um den inneren Teil des Organs 61. In diesem Beispiel sind die ebenen Flächen 63 und 66 innerhalb der ',/indungen der Feder 97 angeordnet. Die Federn 96 und 97 bilden eine nachgebende Halterung für das bolzenförmige Gewicht 65 und damit für die ebene Fläche 66, die in einer gewünschten ;Lage gegenüber der ebenen Fläche 63 gehalten wird. Die Federn ermöglichen eine Bewegung der ebenen Fläche aufeinander zu oder

voneinander fort; die Flächen bewegen sich mehr aufeinander zu, wenn die Schwerkraft, die die Fläche 66 in Richtung der ebenen Fläche 6j drückt, mit zunehmenden Neigungswinkel des Gewichts 6;> gegen der Horizontalen ansteigt.

Die Federn 96 und ^lJ7 werden so eingebaut, daß sie eine vergleiohs-

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weise geringe' " Kompression aufvreisen, wodurch sie lediglich für eine Zentrierung des Gewichts 6> in der gewünschten Lage im Gehäuse 60 sorgen. Es hat sich durch Versuche herausgestellt, daß bei einer vergleichsweise höheren Kompression der Federn 96 und 97 der Arbeitsweise der Vorrichtung jC eine Dämpfung überlagert wird, so daß bei Bewegung des zugeordneten Meßkopfes 17 und des Fühlers l8 in verschiedene Winkelstellungen eine Verminderung der Schwingungsfähigkeit des Gewichts 63 eintritt. In<-dem ein Gefäß der Leitung 70 hinzugefügt wird, das bei einer gegebenen Länge ein größeres Volumen aufweist, als die Leitung 70 bei gleicher Länge, wird die Neigung des Gewichts 6j zum Schwingen ebenfalls gedämpft.

Die Vorrichtung 50 kann mit einer einstellbaren Drossel 101 versehen werden, die in die Leitung 70 zwischen der Druckreguli er"-vorrichtung 72 und dem pneumatischen Umsteuerrelais Jl geschaltet ist. Die einstellbare Drossel 101 kann so eingestellt v/erden, daß diese Einstellung mit der Einstellung -r-r Druc-creguliervorrichtung 72 so zusammenwirkt, um jeden gewünschten j>'V im Fühlerteil des Strömungsmittelsystems zu erzeugen. Beispielsweise können die Reguliervorrichtung 72 und die Drossel 101 so eingestellt
werden, daß der Betriebsdruck in dem Teil der Leitung 70, der
zwischen dem Relais 71 und dem Lagefühler }Q angeordnet ist, sich zwischen 0, 85 und 1 kg/cm bewegt, wobei die ebenen Flächen 63 und 66 ihren größten bzw. geringsten Abstand voneinander aufweisen.

Die Vorrichtung 30 besitzt ferner eine einstellbare Drossel 102, die in eine Leitung 10.5 eingeschaltet ist, die an einem Ende mit

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der Leitung 7J; verbunden und die mit dem anderen Ende zur Atmosphäre hin geöffnet ist. Die Drossel 102 dient zur Herbeiführung eines gewünschten konstanten Abflusses in die Atmosphäre, wodurch die Wirksamkeit verringert und damit die Größe des Signals gesteuert wird, das vom Lagefühler 58 über die Leitungen 70 und 73 zur Druckreguliervorrichtung 7^ geleitet wird. Es ist ferner eine Leitung 104 vorgesehen, die mit einem Ende mit der Leitung 70 verbunden und die mit dem anderen Ende zur Atmosphäre geöffnet ist. Eine weitere einstellbare Drossel 105 ist in die Leitung 1O4 geschaltet und liegt in Serie mit einem Absperrventil 10c, das zv.'ischen der Drossel 103 und dem Verbindungspunkt/der Leitung 104 mit der Leitung 70 liegt. Die einstellbare Drossel 10-5 bildet ein Ablaß 70 über die Leitung 104 zur Atmosphäre, wodurch die Größe des in der Leitung 70 auftretenden Signals wirksam gesteuert wird.

Die Vorrichtung 50 weist außerdem eine Leitung 110 auf, die aa einem Ende mit der Leitung 7j und mit dem anderen Ende mit einer Druckanzeigevorrichtung oder einem Anzeiger 111 verbunden ist. Ein Absperrventil 112 ist in Strömungsrichtung oberhalb des Druckanzeigers 111 in die Leitung 110 geschaltet. Das Ventil 112 und der Druckanzeiger 111 werden für die anfängliche Einstellung der Vorrichtung jQ verwendet.

Bei der anfänglichen Einstellung des Druckluftsystems int ein Ventil I06 geschlossen, um einen Druck von 0,8 bis 1 kg/cm'" herzustellen. Wie vorher bereits angedeutet, sind die ebenen

so angeordnet
Flächen Qo und 66,/daß ihr Abstand 0,15 mm nicht überschreitet. Dieser 0,15 mm Abstand entspricht dem linearen Bereich einer Düse von 1,95 mm. Die Öffnung GH in diesem Ausführungsbeispiol hat

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den Durchmesser von 1,95 ram.

Bei einer horizontalen Lage des Meßkopfes 17 und seines zugeordneten Lagefühlers und bei geschlossenen Ventil 1Oo wird das Organ öl schraubend gegenüber der Gehäusewand 62 verstellt, um die Lage der Flächen 6^ und 6ö zueinander zu verändern, bis ein Steuersignal

der Größe 1,03 kg/cm in der Leitung 70 erzeugt wird. Der innere Meßkopf 70 (zusammen mit dem Fühler 18 und dem Lagefühler 58) wird in seiner Lage zwischen der horizontalen Lage A und der vertikalen Lage D (Fig. 3) verstellt. Die einstellbare Drossel 102 v.'ird so eingestellt, bis ein vorgegebenerer Ausschlag von dem Druckanzeiger 111 ablesbar ist. Das Ventil 10ö wird geschlossen gehalten, während das Ventil 112 während dieses Vorganges offenbleibt. Der Ausschlag, beispielsweise die Differenz der Maßangaben auf uQir. Anzeiger 111, gibt die Änderung im Druck oder im Vakuum wiedsr, welche ihrerseits dem tatsächlichen Gewicht des Fühlers 1 . und 30ines mit ihm verbundenen Kolbens j2 entspricht. Bei fixier horizontalen Stellung des Heßkopfes 17 und des Fühlers IC wir·'. J uio r/ruokroguliervorrichtung 77 so eingestellt, bis auf dem AnzeLror 1.1 ;-in gewünschter Druck abgelesen wird, der der gewünschten [■I^iu.u'^.i't entspricht.

Damit .-rieh flor Fühler Io zurückbewegt, wird das Absperrventil :-,oöff'ri'it. bios führt zu einer Verringerung der Größe des Signals in dor Leitung 70 und zu einem An«tLog des Signals zur Druokreguliorvorrlciiituri.-j '(h um einen for;ton Betrag, dor durch dein Mali des Abi'Lu.'Ji;or; üuroh Ή.ο Leitung 10^ ^-o.'jtimrnt i.^r;t. Dor Fühler kann da'lurni, bei jodom NeLcungswinkoL .;urliokbov'fjgt v/erden, und zwar ohne Gefahr, daß or zu fent zurückbowo;;t wird, v/oLl weiterhin noch ein

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^8AD

gewisser Druck in der Leitung 70 vorhanden sein wird. Falls erforderlich, ist das Absperrventil 112 während des Meßkontaktes durch den Fühler lS geschlossen. Es ist ersichtlich, daß die Einstellung und der Gebrauch der Vorrichtung oO mit größtmöglicher Einfachheit erfolgen kann und von vergleichsweise unerfahrenen Technikern durchgeführt v/erden kann.

Wie vorher bereits erwähnt, ist die Öffnung 6h, durch die ein Luftstrom aus der ebenen Fläche 6j> austritt, eine Düse mij/einem Durchmesser von 1,95 rcm. Sie ermöglicht, genaue Drucksignale bei einer totalen Verschiebung von 0,15 mm zwischen den ebenen Flächen 6j und 66 zu erzielen. Die Federn 96 und 97 zusammen mit dem Aufbau der Teile des Lagefühlers j>8 sind so ausgebildet, daß bei einer Verschwenkung des zugeordneten Heßkopfes I7 von der horizontalen in die vertikale Stellung die totale Abstandsänderung zwischen den ebenen Flächen o\ und 06 0, 07-· nir-i beträgt. Die Vorrichtung iö erzielt so ein Optimum an Leistungsfähigkeit.

Die Meßanordnung IO nach diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist berührunjsfreLe Mittel auf, wie etwa elektro-optische Mittel, die dem Fühler 18 zugeordnet sind, um die Lage eines solchen Fühlers und damit soüier äußeren Spitze 19 an:-;uzeigen. Die elektrooptischen Mittel besitzen eine Vorrichtung Hu zur Aufteilung eines Lichtstrahles, die mit einer reflektierenden Fläche Hj am Kolben ■■>?. zusammenwirkt, um eine genaue Anzeige der Lage des Fülllers zu ermöglichen.

Die Vorrichtung HO besLtzt ei.no reflekt Leretule Fläche II7 und eLne zu .0; I reflektierende diagonale Fläche; Ii]O. Mehrere Photo-

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zellen 121 sind an den: Me.-'-:opf IJ mit Abstand zueinander befestigt. 2s ist eine geeignete Lichtquelle 12Γ vorgesehen, deren Licht auf die Vorrichtung llo zur Aufteilung" des Lichtstrahles fällt. Das Licht der Lichtquelle 12?- fällt so auf die Vorrichtung 116, das die Strahlen, die durch die Linie 123 bezeichnet sind, durch die Vorrichtung llo hindurchgehen und von den Flächen 115 und 120 zu den Photozellen 121 hin abgelenkt werden. Andere Strahlen, die durch die Linie 124 bezeichnet sind, werden von der Fläche 120 und der Fläche 117⁷ der Vorrichtung 116 so reflektiert, daß sie aus der Vorrichtung 116 mit einem Abstand zu den Strahlen 123 austreten, wie bei 126 ersichtlich. Dadurch wird ein Interferenzbild erzeugt.

Die Photozellen 121 erfassen dieses Bild und erzeugen elektrische Signale, die über Leitungen 130 zu einer Vorrichtung ljpl gelangen. Die Photozellen 121 und die Vorrichtung I3I dienen zur Bestimmung der Lage der Fläche 113 gegenüber 'lev Vorrichtung; llo, und damit der Lage der Spitze IQ* wenn si.-i ^it- Hi ..3 der Vorrichtung ~}.O gegen das Werkstück 23 mit einer konstanten Krai ■; gedrückt wird. Die Vorrichtung I3I formt die -Eingangssignale von den Photozellen in bekannter Weise ;-:u Ausgangssignalen un, die den Abmessungen des Werkstückes entsprechen. Die Ausgangssignale werden auf einer Wiedergabevorrichtung 132, die mit der Vorrichtung IJl verbunden ist, wiedergegeben.

Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind elektro-optische Mittel jedem Meßfühler 18 der Meßanordnung 10 zugeordnet, um die Lage des Fühlers 18 anzuzeigen. Es können jedoch auch andere

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Mittel zur Anzeige der Lage des Fühlers 18 verwendet werden, um ein Vermessen durchzuführen. Es versteht sich ferner, daß Jeder Meßkopf 17 mit geeigneten Mitteln versehen werden kann, um ihn gegenüber der Halterung in seiner Lage zu verändern, damit eine Anpassung an die unterschiedlichen Abmessungen eines Werkstückes erzielt werden kann.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Meßvorrichtung mit einem Meßkopf, in dem ein Meßfühler entlang einem geradlinigen Weg hin- und herbeweglich ist, wobei die Achse des Fühlers mit der Richtung des Weges zusammenfällt und wobei dem Fühler ein strömungsmittelbetätigter Kolben zugeordnet ist, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung, die den Druck dos den Kolben (52) beaufschlagenden Strömungsmittels in Abhängigkeit vom Neigungswinkel der Fühlerachse gegenüber einer Bezugsebene steuert, wodurch die von dem Fühler (l8) auf ein V/erkstück (23) ausgeübte Kraft durch Ausgleich des Gewichts des Fühlers (I8) bei jedem Neigungswinkel gegenüber einer Bezugsebene im wesentlichen konstant gehalten wird.

   . Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der i'ioßkopf (17) eine zylindrische Bohrung (54) aufweist, die eine Gtrörnungsmittelkammer (53) enthält, deren Achse mit der Fühler-

   achse zusammenfällt, daß der Kolben (3;-·) von dem hinteren Ende

   ' <\e:i Fühlers(18) gebildet ist unrl :.;ur levr—iiio'i.^iy. in '.l<?r

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   Strömungsmittelkammer (53) gleitend in der Zylinderbohrung gelagert ist, und daß die Steuereinrichtung den Druck des Strömungsmittels in der Kammer (53) und damit den auf den Kolben (52) ausgeübten Druck steuert.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine Freistrahl-Steuervorrichtung enthält.

   4. Vorrichtung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung Luft als Arbeitsmittel verwendet und daß die Hauptteile der Steuervorrichtung mit dein Meßkopf (IC) verbunden sind und sich zusammen mit diesem bewegen.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsebene horizontal verläuft, daß die Steuervorrichtung eine erste ebene Fläche (63) besitzt mit einer öffnung (64) für die zur Fläche (63) senkrechte Ausströmung eines Strömungsmittels, daß ein Gewicht (65) vorgesehen ist, das eine zweite ebene Fläche (66) aufweist, die parallel zur ersten ebenen Fläche (63) verläuft, wobei das Gewicht zur begrenzten Verschiebung entlang einer zweiten Achse (67)» die parallel zur Achse des Fühlers (18) verläuft, beweglich gelagert ist, daß die öffnung (64) über eine Strömungsmittelleitung (70) mit einer Strömungsmittelquelle verbunden ist, von der auch der Kolben (52) mit Strömungsmittel beaufschlagt wird, daß durch die Schwerkraft des Gewichts (65) die ::weite ebene Fläche (66) näher zur ersten ebenen Fläche (63) bedrückt wird,

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   wenn der Fühler (16) und das Gewicht (65) von der Horizontalen in Richtung des Scheitelpunktes bewegt werden, und daß dadurch in der Strömungsmittelleitung (70) ein Drucksignal erzeugt wird, dessen Größe direkt proportional dem Sinus des Neigungswinkels gegenüber der horizontalen Ebene ist.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß an dem Meßfühler (l8) berührungslose Meßmittel (II6) angeordnet sind, die die Lage des Meßfühlers (l8) bei einer Berührung seiner Spitze (19) mit einem Werkstück (23) genau bestimmen und damit die Abmessungen des Werkstücks (23).

   7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßmittel elektro-optische Mittel aufweisen.

   8. Vorrichtung nach einen; 5er Ansprüche 3 - 7* dadurch gekennzeichnet, daß das a-evich+· Γ' , ' stabförmig ausgebildet ist und mit seiner Achse mit der ..;-;;...- , ohae (S7) zusammenfällt, die senkrecht auf der zweiten ebenen Fläche (66) steht, die ihrerseits das Ende des Gewichts (63) bildet.

   9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 - B, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung ferner eine Lageranordnung zur reibungslosen Lagerung des Gewichts (65) aufweist, und daß zwei mechanische Federn (96, 97) vorgesehen sind, die mit gegenüberliegenden Seiten des Gewichts (63) in Eingriff stehen. ,

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   10. Vorrichtung nach Anspruch 9* dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung ein Gehäuse (6o) und einen vom Gehäuse (6o) aufgenommenen röhrenartigen Teil (6~j>) aufweist, daß der röhrenartige Teil (65) eine Bohrung (64) aufweist, durch die das stabförmige Gewicht (63) hindurchgeführt ist, daß Lagerungsmittel vorgesehen sind, die zwecks Eildung eines Luftlagers Luft von reguliertem Druck zwischen den röhrenartigen Teil (63) und das stabförmige Gewicht (6^) leiten, daß eine der Federn (96, 97) jeweils zwischen einem zugeordneten Endteil des stabförmigen Gewichts (6p) und dem Gehäuse (60) angeordnet ist, und daß das stabförmige Gewicht (65) federnd von den Federn (96, 97) gehalten ist, so daß bei einer Zunahme des Neigungswinkels die zweite ebene Fläche (66) sich der ersten ebenen Fläche (6^) nähern kann.

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