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Verfahren und Gerät zum Messen der Umrißänderungen eines Werkstückes
eines Werkstückes ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ Die Erfindung
betrifft ein Verfahren und ein Gerät zum Messen der Umrißänderungen eines Werkstückes.
Das Gerät enthält eine drehbare Welle, einen Schwenkhebel, der schwenkbar an dem
einen Ende der Welle befestigt ist, einen an dem Schwenkhebel gelenkig angebrachten
Fühlerstift, ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse, welches die drehbare Welle
umgibt und eine Fühlhebelmeßuhrl die in das Gehäuse eingebaut ist, so daß sie auf
eine Ablenkung des Fühlhebel anspricht.
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Es ist bekannt, daß bei der Prüfung der Oberflächenqualität oder Ausrichtung
eines Werkstückes das geschliffen oder in anderer Weise maschinell bearbeitet werden
soll, ein Stab quer an einem Ende einer Welle befestigt wird, der ein Pühlhebelmeßgerät
trägt. Durch die Drehung der Welle wird der Stab so bewegt, daß der Fühler auf der
Oberfläche des WerkstUckes gleitet. Durch die Relativbewegung des Meßgerätes und#
des Werkstückes können Änderungen des Verlaufs der Oberflache durch den Zeiger auf
der Skala des Prtifgerätes angezeigt werden. Bei diesem Verfahren wird Jedoch das
PrUfgerät selbst
in Drehung versetzt, wenn es für die Ausrichtung
oder Zen# trierung von Werkstücken beim Fräsen, Bohren oder in ähnlichen Maschinen
bearbeitet werden soll, sodaß der Benutzer genötigt ist,#der Drehung des Werkstückes
zu folgen oder Spiegel zu benutzen um die Ablesung ausführen zu können.
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Diese Schwierigkeiten sollen durch die Erfingung behoben werden. Gemäß
der Erfindung ist das Gerät zum Messen der Umrißänderungen des Werkstückes derart
ausgebildet, daß ein Schwenkhebel über einen die drehbare Welle senkrecht zu ihrer
Achse durchsetzenden Stift mit der Welle verbunden ist, daß ferner der Schwenkhebel
zwei Auflagen in Berührung mit einer Gleitfläche an dem einen Ende des Gehäuses
enthalt, das in achsialer Richtung und in Querrichtung gegenüber der Welle frei
bewegbar ist. Eine Fühlhebelmeßuhr weist einen Fühler auf, der auf einer an der
Welle starr befestigten Auflagefläche aufliegt, während eine Feder zwischen dem
Gehäuse und der Auflagefläche das Gehäuse gegen die Auflagen des Schwenkhebels drückt.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren, das mit Hilfe dieses Meßgerätes durchgeführt
werden kann.
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Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, wobei diese Zeichnungen Ausführungsbeispiele
darstellen auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist.
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Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein Gerät gemäß der Erfindung.
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Figur 2 ist eine Seitenansicht des Gerätes der Figur 1.
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Figur 5 ist ein Längsschnitt durch eine szaite Ausführungsform des
Gerätes.
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Figur 4 ist ein Teilschnitt, der den Schwenkhebel und zugehörige Teile
der Ausführungsform nach Figur 3 darstellt
Figur 5 ist eine grafische
Darstellung, die sich auf Meßfehler bezieht, die bei dem Gerät nach'Figur 1 und
2 auftre-~ten können.
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Figur 6 (A) ~ist ein Diagramm das zur Fehlerermittlung benutzt wird.
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Figur 6 (B) ist ein Diagramm das zur Erläuterung des AusfUhrungsbeispieles
nach Figur 3 und 4 dient.
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Figur 7 ist eine schaubildliche Ansicht verschiedener'#Uhlstifte,-
die bei dem Gerät der Erfindung benutzt werden können.
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Figur 8 ist ein Längsschnitt durch einen Fühlstift der besonder beim
Ankörnen der Mitte eines WerketUckes benutzt werden kann und Figur 9 (A), (B) und
(C) sind Seitenansichten die verschiedene Anwendungen der Geräte gemäß der Erfindung
darstellen-.
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In den Figuren 1 und 2 ist eine drehbare Welle 1 dargestellt, die
an ihrem-oberen Ende einen gabelförmigen Abschnitt 2 hat.
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Durch, den gabelförmigen Abschnitt 2 geht ein Stift 3- rechtwinklig
zur Achse der -Weile- hindurch, auf dem gelenkig ein Schwenkhebel 5 gelagert ist
der zwei Auflagen 4 und 4' am unteren Ende zu- .beiden Seiten des Stiftes 3 hat.
Der mittlere Abschnitt des Schwenkhebels erhebt sich nach oben und der Hebel ist
symmetrisch ausgebildet, wobei der Stift 3 in der Symmetrieachse liegt. Die beiden#
Seitenflächen des Schwenkhebels 5 haben Einsenkungen, s9'daß sie einen halbkreisförmigen
Abschnitt geringerer Dicke bilden, der in den gegabelten Abschnitt 2 der Welle 1
eingesetzt ist.
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Am oberen Rand 6 des Schwenkhebels ~5 ist ein Schlitz angebracht,
der eine Halterung 7 eines FUhlerstiStes 8 aufnimnlt,
der weiter
unten ausführlicher beschrieben wird. Diese Halterung 7 ist einstellbar mit dem
Schwenkhebel 5 mit Hilfe einer Schraube oder eines Stiftes 7'b verbunden, die ein
Außengewinde 7'a trägt, auf das eine Kappenmutter 71c aufgeschraubt ist. Das obere-Ende
der Halterung 7 ist ausgebohrt um den Fühlerstift 8 aufzuhehmen, der durch eine
Schraube 9 gesichert wird, die durch eine horizontale verlaufende Bohrung hindurchgeht.
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Die drehbare Welle 1 hat einen Konusansatz lo am anderen Ende.
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Zwischen der Welle 1 und dem KonuslQbefindet sich ein Wellenansatz
12 mit einer Auflagefläche 11 ringförmigs Ges-talt am oberen Ende. Auf dieser Auflagefläche
11 ist außerdem eine Feder-auf lage 13 angebracht, die die Welle 1 umgibt. Eine
Abdeckung 14 ist auf dem Wellenansatz 12 montiert, sodaß sie in Berührung mit der
Unterseite der Auflage 11 steht. An die Unterseite der Abdeckung 14 schließt sich
ein Handgriff 15 in geeigneter Form an, der mit Hilfe eines Federringes 16 in seiner
Lage gesichert ist, der in eine ringförmige Nut in der Nähe des unteren Endes des
Wellenansatzes 12 eingreift.
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Ein Gehäuse 17 ist so angeordnet, daß es sowohl in achsialer Richtung
als auch in Querrichtung zur umlaufenden Welle 1 eine begrenzte Bewegungsfreiheit
hat. In der Mittelachse des Gehäuses 17 ist eine Bohrung 18 vorgesehen, die zwei
Ringe 19 eines schmierungsfreien Metalls aufnimmt und die Welle 1 dadurch drehbar
lagert. An dem oberen Ende des Gehäuses 17 ist eine Eindrehung 20 vorgesehen, die
einen ringförmigen Teil 21 aus gehärtetem Metall aufnimmt, auf den sich die gewölbten
Auflagen 4 und 4' des Schwenkhebels 5 an der Oberseite 21 auflegen. Dieser Teil
21' kann gegebenenfalls auch mit dem Gehäuse 17 aus einem Stück bestehen.
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Eine Fühlhebelmeßuhr 23 mit einem Einstellknopf 23' ist mit Hilfe
eines Einsatzatückes 23tut in den Hohlraum 22 des Gehäuser 17 eingesetzt. Die Pühlhebelmeßuhr
ist mit einem nach
unten ragenden Fühler 24 versehen, dessen Kugel
25 in Berührung mit der Auflagefläche 11 steht Das Gehäuse 17 mit allen dazugehörigen-
Teilen wird durch eine Schraubenfeder 15 nach oben gedrückt, die zwischen der Federhalterung
13 und dem Ring 19 eingesetzt ist. Der Fühler 24, die Auflagefläche ii und die übrigen
Teile sind daher vollständig in staub- und feuchtigkeitsdichter Weise eingeschlossen,
wobei die Abdeckung 14 am unteren Ende des Gehäuses 17 einen sehr schmalen Spalt
bildet. Ein Bührungsstift 26 ist in das Gehäuse 17 auf der der Fühlhebelmeßuhr 23
gegenübervliegenden Seite eingeschraubt, um die Drehung des Gehäuses anhalten zu
können.
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In Figur 3 und 4 ist. eine verbesserte Ausführung des Beispieles der
Figur 1 und 2 dargestellt, bei dem die Beziehung zwischen dem Fühlerstift 8 und
dem Schwenkhebel 5 automatisch einstellbar ist und bei dem der Schwenkhebel 5 anders
ausgebildet ist und auch in anderer Weise an der drehbaren Welle 1 befe-stigt ist.
Wie insbesondere aus Figur 4 hervorgeht, ist das obere Ende der Welle 1 dünner ausgeführt
und hat eine im wesentlichen rechteckige Form'wobei eine Öffnung 27 quer hindurchgeht.
Der Schwenkhebel 5,der eine größere Ausdehnung hat als der Schwenkhebel des vorhergehenden
Ausführungsbeispials, enthalt einen Schlitz 28, der horizontal verläuft, und eine
Bohrung 29 grösserer Weite, die vertikal verläuft, wie insbesondere aus Figur 5
und 4 hervorgeht. Aus Figur 4 ist zu ersehen, daß die Breite des Schlitzes 28 des
Schw.enkhebels 5 im wesentlichen gleich dem Durchmesser der Bohrung 27 der Welle
1 ist, und daß die Breite der Rückseite des Schlitzes 28 des Schwenkhebels etwas
kleiner als die Breite an der Vorderseite oder der Durchmesser der Bohrung 27 ist.
Wie aus Figur 3 hervorgeht, sind zwei drehbare Kugeln in den Auflageflächen 4 und
4' des Schwenkhebels 5 zu beiden Seiten der Welle 1 vorgesehen, Der Schwenkhebel
nimmt den oberen Abschnitt der Welle 1 in der Bohrung 29 auf.
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Wie bei dem-vorhergehenden Beispiel nach Figur 1 und 2 ist, eine Halterung
17, des Ft1hlerstiftes#8 angebohrt, um das Einsetzen des Fühlerstiftes zu ermöglichen,
der-dann seiner
Lage durch eine Schraube 9 fixiert wird. Ein gabelförmiger
Abschnitt 30 der Halterung 7 enthält einen geneigten Schlitz 31, wobei die Vorderseite
des Schlitzes 31 eine Breite hat, die im wesentlichen gleich dem Durchmesser der
Bohrung 27 der Welle 1 ist, während die Rückseite des Schlitzes 31 eine Breite hat,
die im wesentlichen gleich der Breite der Rückseite des' Schlitzes 28 in dem Schwenkhebel
5 ist. Die Halterung 7 umfaßt den Schwenkhebel 5 zusammen mit dem oberen Ende der
Welle 1 in dem unteren gegabelten Abschnitt 30. Die Halterung 7, der Schwenkhebel
5 und der obere Teil der Welle 1 werden durch einen Stift 3 zusammengehalten, dessen
Durchmesser abgestuft ist, wobei die rückwärtige Hälfte des Stiftes 3 einen Durchmesser
hat, der größer ist als die Breite der Rückseite des Schlitzes 28 des Schwenkhebels
5 oder die Breite der Rückseite des Schlitzes 31 der Halterung 7. Die vordere Hälfte
des Stiftes 3, die einen verringerten Durchmesser hat, ist te weise mit Gewinde
versehen und zwar an der Stelle 3§a, sodaß der Stift in eine Abdeckmutter 3'b'eingeschraubt
werden kann.
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Der rückseitige Abschnitt des Schwenkhebels 5 und der rückseitige
Teil des gegabelten unteren Endes 30 der Halterung 7 werden daher unter einem einstellbaren
Druck zwischen der Mutter 3'b und einer Stufe 311 des Stiftes 3 festgehalten.
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Auf diese Weise kann der Fühlstift 8 gegenüber der drehbaren Welle
1 koaxial zu dem Schwenkhebel 5 geschwenkt werden.
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In der Nähe des oberen Endes des Schwenkhebels 5 ist auf der einen
Seite der Halterung 7 der Arm 33 eines T-fo#rmigen Einstellhebels 32 mit einem Stift
34 gelenkig befestigt. Die beiden Arme 35 des Einstellhebels 32 befinden sich in
gleitender Berührung mit der Vorderseite der Halterung 7 und sind an der Stelle
36 und 56' geschlitzt, so daß sie mit Stiften 37 und 37' in Eingriff kommen können,
die auf der Vorderfläche der Halterung 7 eingesetzt sind. Die Halterung ist mit
dem Kontaktstift 8 wie oben erwähnt fest verbunden1 und die Stifte 37 und 37' liegen
zu beiden Seiten des schrägen Schlitzes 31,
so daß sie in der Schwenkbahn
der Hebelarme 35 um den Stift 34 liegen.
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Die Halterung 7 kann mit verschiedenen Fühlerstiften ausgerüstet werden,
wie sich z. B. aus Figur 7 und 8 ergibt. Der in Figur 8 dargestellte Fühlerstift
ist besonders geeignet um eine Centriermarke anzubringen. Der Fühle stift der Figur
8, der bereits in der beschriebenen Weise mit der Halterung 7 verbunden ist, kann
um ein Gelenk 38 frei geschwenkt werden.
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Das spitze Ende 8' ist federnd in einen zylindrischen Teil eingesetzt
und wird unter Druck der Feder 39 gehalten. Auf diese Weise kann die Spitze des
Fühlerstiftes abgewinkelt werden.
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Zur Centrierung oder Ausrichtung wird der Konus 10 eines der beiden
Ausführungsbeispiele in dem Futter der betreffenden Maschine eingesetzt, während
der Führungsstift 26 festgehalten wird und die Fühlhebelme-ßuhr 23 wird in eine
gewUnschte Richtung gebracht, wie dies z.B. aus Figur 9 (A), (B) und (C) hervorgeht.
Die Halterung 7 ist mit dem Schwenkhebel 5 unter einem solchen Winkel verbunden,
daß der Fühlhebel 8 in Berührung mit der gewünschten Fläche des Werkstückes kommt.
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Beim Umlauf der Maschine fühlt der Fühlerstift 8 die Oberfläche des
Werkstückes ab. Eine Veränderung oder Abweichung der Oberfläche wird durch einen
entsprechenden Druck angezeigt, der auf den Fühlerstift 8 ausgeübt wird, worauf
dieser Fühlerstift seinerseits auf dem Stift 3 zusammen mit ~dem Schwenkhebel 5
geschwenkt wird, der mit der Halterung verbunden ist.
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Der auf den Schwenkhebel 5 ausgeübte Druck bewirkt, daß eine der beiden
Auflagen 4 und 4' auf die Auflagefläche 21 an dem Gehäuse 17 drucken, wodurch das
Gehäuse in Richtung auf die Auflagefläche 11 gegen die Kraft der Feder 13' bewegt
wird und die Pühlhebelmeßuhr 23 betätigt. Das Ausmaß der Schwenkbewegung des Fühlhebel
8 wird daher auf der Fühlhebelmeßuhr, 23 angezeigt.
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Es wurde nun gefunden, daß kleine Fehler bei der Ablesung der FUhlhebelmeßuhr
23 entstehen,ge nach dem Winkel unter dem der Fühler stift 8 mit dem Schwenkhebel
5 verbunden ist um die gewünschte Fläche des Werkstückes abzutasten. Während solche
Fehler in den meisten praktischen Fällen vernachlässigbar sind po können sie doch
bei Messungen höchster Präzision nicht übersehen werden. Im folgenden wird beschrieben,
wie diese Fehler beseitigt werden können.
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Währenddas vordere Ende des Fühlerstiftes 8 nach Figur 5 kreisförmig
bewegt wird, bleibt das Verhältnis des Abstandes zwischen dem Gelenkpunkt (die Lage
des Stiftes 3) des Schwenkhebels 5 und dem unteren Ende einer der beiden Auflagen
4 und 4' zu dem Abstand zwischen dem vorderen Ende des Kontaktstiftes 8 und dem
Schwenkpunkt des Schwenkhebels unverändert. Wenn daher nach Figur 5 der Winkel,
unter dem der Fühlerstift 8 mit dem Schwenkhebel 5 gekoppelt ist, durch den Oberflächenverlauf
des Werkstückes verändert wird, verändern sich die Fehler in Abhängigkeit von einer
Änderung des Winkels. Wenn man z.B. annimmt, daß zwei Werkstücke mit Durchmessern
von So und 9o mm je eine Abweichung von 2 mm in der Oberfläche aufweisen, dann wird
der Fühlerstift um 2,753 bzw. 2,844 mm abgelenkt. Diese Fehler sind nach der folgenden
Formel.berechenbar, die unter Bezugnahme auf Figur 6 (A) wieolgt geschrieben wird:
tan @ = tan # = y 1 = 8x2nr (Pehlerverhältnis n a
Um die Ablenkung
des FUhlerstiftes um 0,884 mm zu vermindern, kann z.B. das Verhältnis OIO oder OQ
entsprechend reduziert 10 werden. Da IO unveränderlich ist, kann OP oder OQ durch
Verstellung des Schwenkhebels relativ zu dem Fühlerstift oder seiner Halterung vermindert
werden. Auf diese Weise kann man erreichen, daß die Fühlhebelmeßuhr auch 2 mm bei
einer Ablenkung des Fühlerstiftes um 2 mm anzeigt.
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Zu diesem Zweck ist die Ausführung nach Figur 3 und 4 vorgesehen,
bei der der Schwenkhebel 5 verstellbar ist, entsprechend der Länge des Einstellhebels
32. Wenn man den Fühlerstift auf den Stift 34 des Hebels 32 zu, in Berührung mit
der gewünschten Fläche eines Werkstückes bringt, während der Hebel 32 den Stift
37 berührt, wird der Schwenkhebel 5 in der gleichen Richtung bewegt, so daß der
Abstand zwischen seinem Gelenkpunkt und dem unteren Ende der Auflage 4 vergrößert
wird. Diese Anordnung ist zweckmäßig für Messungen an der Außenoberiläche eines
Werkstückes.
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Wenn man den Fühlerstift 8 in Richtung auf den Stift 34 des Einstellhebels
32 zu in Berührung mit einer gewünschten Fläche eines Werkstückes bringt, während
der Hebel in Berührung mit dem Stift 37' steht, wird der Schwenkhebel 5 in der entgegengesetzten
Richtung bewegt, so daß der Abstand zwischen seinem Schwenkpunkt und dem unteren
Ende der Auflage 4' vergrößert wird. Dies ist zweckmäßig bei Messungen der Innenoberfläche
von Werkstücken. Die Ausführung nach Figur 3 und 4, bei der die relative Lage des
Schwenkhebels 5 automatisch durch die erzwungene Neigung des Fühlerstiftes 8 eingestellt
wird, ist, besonders geeignet in Verbindung mit Werkstücken1 die excentrisch bearbeitet
sind.
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Der Fühlerstift 8, der gelenkig mit dem Schwenkhebel 5 verbunden ist,
der seinerseits schwenkbar von der drehbaren Welle getragen wird, ist unter einem
bestimmten Winkel gegenüber dem Schwenkhebel 5 geneigt, ab daß er die gewünschte'
Oberfläche des Werkstückes berührt. Die#zwei Auflagen 4 und 4'
(mit
oder ohne den drehbaren Kugeln) sind mit der Fühlhebelmeßuhr 23 über den Fühler
24 und die Auflagefläche 11 verbunden. Wenn der Fühlerstift 8 auf der Oberfläche
des Werkstückes durch die von außen verursachte Drehung der Welle 1 umläuft, bewirkt
eine Änderung der Oberflächenkontur, daß die Auflagen 4 oder 4' den Fühler 24 der
Fühlhebelmeßuhr 23 gegen die Auflage 11 drücken und den Zeiger der Meßuhr entsprechend
ablenken..
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Da in diesem Fall die Fühlhebelmeßuhr und das Gehäuse 17 mit Hilfe
des Führungsstiftes 26 festgehalten wird, kann die Fühlhebelmeßuhr leicht abgelesen
werden. Es sei darauf hingewiesen, daß#der-selbe Zweck auch erreichbar ist, in-dem
man die Fühlhebelmeßuhr nur in Längsrichtung der umlaufenden Welle bewegbar macht,
während sie in mehr oder weniger direkter Verbindung mit dem Schwenkhebel steht.
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Es sei ferner darauf hingewiesen, daß die in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel
nach 3 und 4 beschriebenen Aufgaben nicht nur durch diese Ausführung erreichbar
sind, sondern auch durch andere Konstruktionsformen. Während das beschriebene Verfahren
sich besonders für die Zentrierung oder Ausrichtung eignet, so kann es auch zur
Prüfung der Oberflächeneigenschaften bzw. der Unebenheit oder Ebenheit des Werkstückes
benutzt werden.