DE2142359A1 - Meßvorrichtung - Google Patents

Description

Dr. F. Zumstöin sen. - Dr. E. Assrrtann Dr.R.Koenigsborgsr - Dipl. Phya. R. Holzhauer

Dr. F. Zumstoin jun. Patentanwälte

8 München 2, Bräuhausstraße 4/III

TOYODA KOKI KABUSHIKI KAISIIA, Kariya-shi / Japan

Meßvorrichtung

Dia Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung und bezieht sich insbesondere auf eine Meßvorrichtung zur genauen Überwachung des SchleifVorgangs eines auf einer Schleifmaschine auf genau festgelegtem Durchmesser zu bearbeitenden Werkstückes. Dabei soll die Umstellung der Meßvorrichtung zur Messung auf von dem vorbestimmten Durchmesser unterschiedliche Werkstückdurchmesser für nachfolgende Schleifvorgänge bei anderen Werkstükken automatisch erfolgen.

Zur genauen Bearbeitung eines Werkstücks auf einen bestimmten Durchmesser mittels eines Werkzeugs, beispielsweise mittels eines Schleifrades,ist es erforderlich, den Durchmesser während der Bearbeitung, insbesondere während des Schleifens, kontinuierlich zu messen. Im allgemeinen wird »zu diesem Zweck ei» re Messvorrichtung verwendet, die ein Paar auf Abstand voneinander stehende Meßfühler aufweist, die mit dem Umfang oder der Mantelfläche des Werkstücks in Berührung gebracht werden. Soll ein Werkstück auf einen bestimmten Durchmesser geschliffen werden, der sich von dem des im vorhergehenden Schleifgang ge- .

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schliffenen Werkstück unterscheidet, muß zuvor die Voreinstellung des Abstands der Fühler der Meßvorrichtung geändert werden.

Bei herkömmlichen Meßvorrichtungen dieser Art ist ein feststehender und ein drehbarer Meßfühler vorgesehen, die von zugeordneten Halteblocks abgestützt werden und der Abstand zwischen den Fühlern wird unter Vervrendung von Lehren oder einem Werkstück, das auf genaues Endnaß gearbeitet wurde, manuell auf einen Abstand eingestellt, der dem gewünschten Durchmesser entspricht. Die Meßfühler werden dann auf dieses bestimmte Abstandsverhältnis an einen Meßkopf über die abstützenden Halteblocks fixiert, die damit fest verbunden sind. Der eine Fühler ist drehbar an seinem zugeordneten Halteblock-befestigt, wobei ein Ende mit einem Verschiebe- oder Vorschubdetektor oder entsprechenden Fühler operativ verbunden ist, beispielsweise einem Differentialübertrager, um die Bewegung des anderen. Endes, aufgrund von Änderungen abzutasten, die der Werkstückdurchmesser während des SchleifVorgangs erfährt.

Bei einer herkömmlichen Meßvorrichtung dieser Art jedoch, bei der die Fühlerhalteblocks mit dem Meßkopf nach Einstellung des Abstandes zwischen den Fühlern fest verbunden sind,lässt sich der Fühlerabstand nicht mehr automatisch so ändern, daß eine Anpassung an einen neu zu wählenden Durchmesser für ein anderes nachfolgend zu schleifendes Werkstück erfolgen kann. D.h. in anderen Worten, wenn irgendein Werkstück auf einen anderen Durchmesser als.ein zuvor bearbeiteter Werkstückdurchmesser bearbeite% werden soll, so muß die gleiche manuelle Einstellung zur Änderung des Abstandes zwischen den Fühlern vorgenommen werden.. Diese Neujustierung des Abstandes der Fühler ist relativ arbeitsaufwendig und begrenzt dementsprechend die Vielseitigkeit einer derartigen Meßvorrichtung.

Um diesem Nachteil zu begegnen, ist vor kurzem eine Meßvorrichtung vorgeschlagen worden, bei der eine manuelle Neu- oder Nachjustierung zur Bestimmung eines unterschiedlichen Werkstückdurchmessers nicht erforderlich ist. Dabei erfolgt die Einstel-

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lung durch eine Gleitverschiebung eines Fühlerpaars entlang von Führungsstangen aufeinander zu und voneinander weg in Bezug auf die Mitte eines zu messenden Werkstücks, so daß der Abstand zwischen den Fühlern entsprechend der Durchmesseränderung, die für ein bestimmtes Werkstück gewünscht wird, veränderbar ist. Dabei ist eine Vorschubwelle oder eine Vorschubspindel mit Links- bzw. Rechts-Gewindeabschnitten an den Enden vorgesehen - und die beiden Fühlerhalteblocks dienen als Gegenstück für diese Gewindeabschnitte, so daß die Fühler aufeinander zu und voneinander weg bewegbar sind, wenn die Vorschubwelle bzw. Spindel gedreht wird, beispielsweise durch einen Impulsmotor. Dabei' lässt sich der Abstand zwischen den Fühlern automatisch auf einen anderen Wert einstellen, je nach dem Durchmesser des zu schleifenden Werkstücks.

Diese Vorrichtung bringt jedoch noch einige Schwierigkeiten mit sich die die Meßgenauigkeit beeinträchtigen. Beispielsweise wird die sich beim Fehlerabstand einstellende Ungenauigkeit bei Steigungs- bzw. Teilungsfehlern des Links- und Rechtsgewindes verdoppelt. Auch kann ein Spiel zwischen den Halteblocks und den Führungsstangen und irgendeine Unebenheit oder Nicht-Linearität bei den Führungsstangen dazu führen, daß die Fühler geringfügig verkanten. Außerdem wird die durch den Impulsmotor erzeugte Wärme unerwünschterweise auf die Vorschubwelle oder Spindel und auf andere Elemente der Meßvorrichtung übertragen. All diese Faktoren treten normalerweise beim Betrieb einzeln auf, jedoch verursachen sie insgesamt einen merklichen Einfluß auf die Genauigkeit einer derartigen Meßvorrichtung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Meßvorrichtung, insbesondere zur Verwendung bei Schleifmaschinen, zu schaffen, um automatisch rasch und genau ein Paar einen Werkstückdur chmesser abtastende Fühler auf eine'n vorbestimmten Ab-. stand einstellen zu können.

Die Erfindung besteht bei einer Meßvorrichtung mit großem Meßbereich zur Bestimmung des Durchmessers eines Werkstücks mit einem auskragenden Tragarm, einem drehbar an diesem,Arm gehal-

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terten Haup'tkörper, einem ersten am Hauptkörper gleitbar gelagerten Block, einem ersten vom Block gehaltenen Meßglied, einem zweiten gleitbar am ersten Block gelagerten zweiten Block, einem zweiten vom zweiten Block gehaltenen Heßglied, einer ersten Betätigungsvorrichtung für den ersten Block, einer zweiten Betätigungsvorrichtung, um den zweiten Block in zur Bewegungsrichtung des ersten Blocks entgegengesetzte Richtung um den gleichen Betrag bewegen zu können, darin, daß der erste Block eine mit dem Hauptkörper zusammenwirkende drehbare Vorschubwelle 27 mit einem ersten Gewinde oder Spindelabschnitt und einem zweiten mit dem zweiten Block zusammenwirkenden Gewinde oder Spindelabschnitt trägt, daß die Teilung bzw. Steigung des zweiten Gewindeabschnitts zweimal so groß wie die des ersten Gewindeabschnitts ist und daß die Vorschubwelle mit einer Antriebsvorrichtung gekuppelt ist.

Der Hauptvorteil einer derartigen verbesserten Meßvorrichtung, bei der ein erster Block gleitbar von dem Hauptkörper gehalten wird, der zweite Block gleitbar durch den ersten Block gehalten wird und die Meßfühlerteile durch die gleitbaren Blocks getragen werden, bei der die Vorschubwelle im ersten Block über einen in den Hairrtkörper eingreifenden Gewindeabschnitt gehalten wird, während ein anderer Gewindeabschnitt in den zweiten Block eingreift, wobei die Steigung oder Teilung des in den zweiten Block eingreifenden Gewindeabschnitte zweimal so groß ist wie die Teilung bzw. die Steigung des Gewindes im Hauptkörper, besteht darin, daß der Abstand zwischen den Meßfühlergliedern durch die Drehung:cLer Vorschubwelle, und zwar nur durch einen Abschnitt dieser Welle Steuer- und kontrollierbar ist. Dabei ist die Vorschubwelle durch den ersten und zweiten Block überdeckt, so daß sie nicht mit Kühlmittel bespritzt werden kann, so daß auch in dieser Hinsicht keine Beeinträchtigung der Meßgenauigkeit eintreten kann, d.h. die Meßgenauigkeit bleibt konstant.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden im folgenden an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher erläutert, wobei einander entsprechende Teile in den ein-

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zelnen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Es zeigt:

Fig. 1 die Seitenansicht einer Durchmesser-Meßvorrichtung mit vreitem Meßbereich gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt, gesehen in Eichtung der Pfeile an der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt, gesehen in Eichtung der Pfeile an der Linie III-III in Fig. 1;

Fig. 4 einen Längsschnitt, gesehen in Eichtung der Pfeile an der Linie IV-IV in Fig. 1₄ und.

Fig. 5 einen Vertikalschnitt, gesehen in Eichtung der Pfeile an der Linie V-V in Fig. 4.

In Fig. 1 ist eine Meßvorrichtung zur Messung eines Werkstückdurchmessers gezeigt, bei der ein Führungssupport 13 durch eine Führungsstange 10 und eine Kolbenstange 11 eines herkömmli- ' chen hydraulischen Betätigungsgliedes horizontal verschiebbar ist. Ein Schwalbenschwanzteil 12 und eine Zahnstange 14 sind auf

der Vorderseite des Führungssupports 13 vertikal ausgerichtet und ein gabelartiger Tragarm 15 mit Schwalbenschwanznut wirkt mit dem Schwalbenschwanz 12 am Führungs support 13 zusammen. Wie Fig. 2 zeigt, ist eine Einstellwelle 17 mit einem Eitzel 16 versehen, das mit der Zahnstange 14 kämmt und drehbar im Tragarm 15 gehaltert ist. Die Vertikalstellung des Tragarms 1*5 läßt sich damit durch Drehung der Welle 17 einstellen. Zur Halterung des Tragarms 15 am Führungssupport 13 sind Schrauben 18 vorgesehen.

Fig. 4 lässt horizontal ausgerichtete Drehzapfen 19 erkennen, die an den oberen Enden des gabelartigen Tragarms 15 befestigt sind und an der Unterseite des Hauptkörpers 20 befestigte Arme ! 21 werden durch Kugellager über die Zapfen 19 drehbar gehalten* Eine Zugfeder 65 (siehe Fig. 1) ist zwischen einer Schraube 70, die in einem vorderen Vorsprung 71 am Tragarm 15 eingesetzt ist und dem vorderen unteren Ende des Hauptkörpers 20 gespannt, um damit eine Gleiehgewichtsbalance für den Hauptkörper 20 und andere Elemente zu gewährleisten, was weiter unten in Einzelhei-

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ten erläutert wird. Anschläge 72 sind auf eine Schraube 22 aufgezogen, die am oberen Ende des Tragarms 15 gehalten wird, und ein Anschlag 73» der an der Unterfläche des Hauptkörpers 20 befestigt ist, ragt zwischen die Anschläge oder Anschlagflächen 72 hinein, um Schwingungen oder Bewegungen des Hauptkörpers 20 zu begrenzen.

Wie Fig. 5 erkennen lässt, ist eine erste vertikale Führungsstange 23 am Hauptkörper 20 befestigt und weist einen oberen gleitbar dadurch gehaltenen Block 24 auf. Eine zweite Führungsstange 25 ist gleitbar in den oberen Block 24 parallel zur ersten Führung3stange 23' eingesetzt und ein unterer Block 26 ist am unteren Ende der zweiten Führungs stange 25 befestigt und ragt von der Unterseite des oberen Blocks .24 aus nach unten. Damit ist die Genauigkeit der Relativbewegung vom unteren und oberen Block 24 bzw. 26 nur von der Genauigkeit der zweiten Führungsstange 25 abhängig.

Weiterhin wird eine Führungs- oder Vorschubwelle 27 drehbar vom oberen Block 24 parallel zur ersten Führungsstange bzw. zweiten Führungsstange 23 bzw. 25 mittels eines Axialdruck- bzw. Schulterlagers 28 und über Nadellager 29 gehalten. Am oberen Ende der Vorschubwelle 27 ist ein Rechtsgewinde 30 vorgesehen, während das untere Ende mit einem ähnlichen Rechtsgewinde 31 versehen ist, dessen Steigung jedoch doppelt so groß ist wie die des Rechtsgewindes 30. Das Rechtsgewinde 31 greift in eine, untere Vorschubmutter 32 ein, die mit dem unteren Block 26 verbunden ist, während das Rechtsgewinde 30 mit einer oberen Vorschubmutter 34 kämint, die mit einem vom Hauptkörper 20 getragenen Bock 33 fest verbunden ist.

Ein Zahnrad 35 ist auf die Welle 36 eines Impulsmotors 66 aufgesetzt, der an der Seite des Hauptkörpers 20 befestigt ist. Das Zahnrad 35 kämmt mit cineia Zahnrad 38,das drehbar auf eine am Hauptkörper 20 befestigte Zwischenweile 37 aufgesetzt ist. Ein weiteres Zahnrad 40, das auf eine Welle 39 aufgezogen ist, die über geeignete Lager im Hauptkörper 20 und dem Bock 53 gehalten ist, kämmt mit dem Zahnrad 38. Auf die Welle 39 ist wei-

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terhin ein relativ großes Zahnrad. 41 aufgekeilt, das mit einem Zahnrad 42 kämmt, das mit der Vorschubwelle 27 nahe einem Ende fest verbunden ist. Damit lässt sich die Drehung der Achse 36 des Iinpulsmotors 66 über die Zahnräder 35» 38, 40 und 42 auf die Vorschubwelle 27 übertragen. V/ird die Vorschubwelle 27 von oben gesehen im Uhrzeigersinn gedreht, so wird der obere Block 24 entlang der ersten Führungsstange 23 nach unten bewegt, und zwar über das Rechtsgewinde 30 und die obere Vorschubmutter 34, während der untere Block 26 zusammen mit der Führungsstange 25 um einen Betrag nach oben verschoben wird, der genau der Abwärtsbewegung des oberen Blocks 24 entspricht, und zwar aufgrund des Eingriffs des Rechtsgewindes 31 in die untere Vorschubmutter 32.

V/ird umgekehrt die Vorschubwelle 27 im Gegenuhrzeigersinn gedreht, so wird der obere Block 24 nach oben und der untere Block 26 nach unten verschoben. Die Genauigkeit des Relativabs t and es zwischen dem oberen Block 24 und dem unteren Block 26 hängt damit nur von der Steigungsgenauigkeit des Rechtsgewindes 31 und nicht vom Rechtsgewinde 30 ab.

Wie die Fig. 3 und 5 zeigen, ist der obere Block 24 mit einer Zahnstange 43 und einem Schwalbenschwanz 44 versehen. Ein feststehendes Meßglied oder ein Fühler 46 ist mit einer Schwalbenschwanznut versehen, in die der Schwalbenschwanz 44 der Platte 45 eingreift. Eine Einstellstange 48 mit einem Ritzel 47, das mit der Zahnstange 43 kämmt, wird drehbar auf dem feststehenden Meßfühler 46 gehalten, so daß sich die Vertikalstellung des feststehenden Meßfühlers 46 entlang der Platte 45 durch Drehung der Einstellstange 48 einjustieren lässt. Schrauben 49 halten den feststehenden Meßfühler 46 auf der Platte 45.

Zurück zu Fig. 1: Ein bewegliches Meßglied oder ein. Meßfühler 50 ist am unteren Block 26 mittels über Kreuz angeordneter Blattfedern 51 festgehalten. Das innere Ende des Meßfühlers 50 steht in Kontakt mit einem Differentialübertrager 52, der am unteren Block 26 befestigt ist, um irgendwelche Verschiebung des beweglichen Meßglieds £0 festzustellen.

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Wie Fig. 4 erkennen lässt, sind mit dem Bock 33 bzw. mit dem Hauptkörper 20 elastische Einsatzteile 55 bzw. 56 verbunden, die Strahldurchtrittskanäle 53 bzw. 54 aufweisen, die gegeneinander entgegengesetzte Seiten des Zahnrades 42 gerichtet sind. Die Strahlöffnungen 53 und 54 sind jeweils an Leitungen 57 und 58 angeschlossen, die zu einer nicht-gezeigten Druckluftquelle führen. Die.Leitungen 57 und 58 sind mit Druckschaltern 59 bzw. 60 ausgerüstet, so daß der Druckschalter 59, wenn das Zahnrad 42 die Strahlöffnung 53 verschließt, den oberen Totpunkt der Vorschubwelle 27 abtastet, um ein zu weites Ausfahren zu verhindern. In₁ ähnlicher Weise wird der untere Totpunkt der Vorschubwelle 27 über den Druckschalter 60 ermittelt, wenn das Zahnrad 42 die Strahlöffnung 54 verschließt. Die konstant über die Strahlöffnungen 53 und 54 austretende Druckluft durchströmt das Innere des Hauptkörpers 20 und eine öffnung 61 (siehe Fig. 5) und umströmt das Äussere des Impulsmotors 66 und entweicht dann über ein Filter 62 in die Außenatmosphäre, das an einem Gehäuse 74· befestigt ist, das vom Hauptkörper 20 getragen wird, und den Impulsmotor 66 umgibt. Damit umströmt die Luft zwangsweise den Impulsmotor 66 und die Temperatur in der ITähe der Vorschubwelle 27 wird damit auf einem gleichmässigen Wert gehalten, so daß auch die Meßgenauigkeit beibehalten wird, unabhängig von der durch den Impulsmotor 66 erzeugten Wärme. Zwischen dem Impulsmotor 66 und dem Hauptkörper 20 sind weiterhin Wärmeisolatoren 63 und ein Reflektor-64 befestigt, um einen Wärmedurchgang oder Übergang vom Impulsmotor 66 auf die Vorschubwelle 27 und andere Elemente weiter zu unterbinden.

Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung ist wie folgt:

Zunächst muß der Arbeitspunkt des Differentialübertragers 52, bei dem ein dem gewünschten Werkßtückdurchmesser angebendes Signal erzeugt wird, in Bezug auf einen Referenz- oder Ursprungspunkt genau eingestellt werden. Diese Einstellung erfolgt vorzugsweise unter Verwendung einer genauen Lehre oder eines speziell vorbereiteten Werkstücks. Dabei wird die Lehre mit dem genauen äusseren Endmaß, vorzugsweise zwischen das Meßfühler-

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paar eingesetzt. Die Vertikalstellung der gesamten.Vorrichtung wird dann relativ zum Führungssupport 13» wie oben erwähnt, eingestellt. Ebenso wird der stationäre Meßfühler 46 relativ zur Platte 45 einjustiert, so daß die Meßfühler den Außenmantel bzw. die einander gegenüberstehenden Mantellinien der Lehre unter leichtem Anlagedruck berühren. Unter dieser Voraussetzung wird der Arbeitspunkt des Differentialübertragers 52 so eingestellt, daß er ein der Durchmesserabmessung der Lehre entsprechendes elektrisches Signal liefert. Wird der Nenndurchmesser der Lehre oder des Musterstücks als Bezug genommen, so wird eine der Differenz zwischen diesem Bezugspunkt und einer vorgewählten Abmessung entsprechendes Impulssignal dem Impulsmotor 66 zugeführt, so daß die Vorschubwelle 27 über die zuvor "beschriebene Folge von Zahnrädern angetrieben wird. Es sei angenommen, die Welle 36 des Impulsmotors 66 drehe sich im Gegenuhrzeigersinn (in Fig. 5 von oben gesehen), so daß die Vorschubwelle 27 damit in Uhrzeigerrichtung gedreht wird und damit die Vorschubwelle 27 nach unten verschoben wird. Als Folge davon wird der obere Block 24 nach unten entlang der ersten Führungsrstange 23 verschoben. Damit wird der feststehende Meßfühler 46 um einen Abstand nach unten bewegt, der der dem Impulsmotor 66 zugeführten Impulssignalanzahl entspricht. Wie oben beschrieben, wird der untere Block 26 mit dem bewegbaren Meßfühler 50 um einen Abstand nach oben verschoben, der doppelt so groß ist · ist wie der Abstand um den der feststehende Meßfühler 46 nach unten verschoben wird,und zwar aufgrund der Steigung des Rechtsgewindes 31 der Vorschubwelle 27, die, wie beschrieben, doppelt so groß ist wie die des Rechtsgewindes 30. Damit lässt sich der Abstand zwischen einem Meßfühlerpaar als auch der Arbeitspunkt einer Meßvorrichtung ohne Änderung der Mittenposition des Abstandes zwischen dem Meßfühlerpaar verändern. Im Anschluß an diesen Einstellvorgang wird, wenn die Abmessung des Werkstücksden bestimmten Wert erreicht, ein AusgangsSignal am Differential-Übertrager an einen in der Zeichnung nicht gezeigten Komparator abgegeben, der anzeigt, daß der Werkstückdurchmesser nun mit dem vorgegebenen Wert übereinstimmt.

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Claims (2)

1UO* Γ j. 2H2359 Patentansprüche

1. Meßvorrichtung mit großem Meßbereich zur Bestimmung des Durehmessers eines Werkstücks mit einem Tragarm, einem drehbar an dem Arm gehalterten Hauptkörper, einem ersten am Hauptkörper gleitbar gelagerten Block, einem ersten vom Block gehaltenen Meßfühler, einem zweiten gleitbar am ersten Block gehaltenen zweiten Block, einem zweiten vom zweiten Block gehaltenen Meßfühler, mit einer ersten Betätigungsvorrichtung für den ersten Block, einer zweiten Betätigungsvorrichtung, um den zweiten Block in zur Bewegungsrichtung des ersten Blocks entgegengesetzte Richtung, um einen gleichen Betrag bewegen zu können, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Block eine drehbare Vorschubwelle (27)» die über einen ersten Gewinde- oder Spindelabschnitt (JO) mit dem Hauptkörper (20) zusammenwirkt, und einen zweiten mit dem zweiten Block (26) zusammenwirkenden Gewinde- oder Spindelabschnitt (31) aufweist, daß die Teilung bzw. Steigung des zweiten Gewindeabschnitts (31) doppelt so groß ist wie die des ersten GewindeabSchnitts und daß die Vorschubwelle (27) mit einer Antriebseinrichtung gekuppelt ist. .

2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Führung ε stange (23) mit dem Hauptkörper (20) fest verbunden ist, daß der erste Block (24) gleitbar mit der ersten Führungsstange (23) verbunden ist, daß eine zweite mit dem zweiten Block (26) fest verbundene Führungsstange (25) gleitbar vom ersten Block (24·) gehalten ist und daß die Antriebseinrichtung einen am Hauptkörper (20) befestigten Impulsmotor (66) aufweist.

3· Meßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß um das Äussere de 3 Impulsiaotors (66) über düsenartige Durchtrittsöffnungen Druckluft zuführbar ist.

4·. Meßvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubwelle (27) ein vom Impulsmotor (66)

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aus ant re ibb ar es Zahnrad (4-2) trägt, das eine erste mit einem Druckmeßfühler verbundene Druckluftstrahl-Durchtrittsöffnung (53) gegen eine Seite des Zahnrads und eine zweite mit einem anderen Druckmeßfühler (60) in Verbindung stehende zweite Druckluftstrahl-Durchtritt soff nung (54-) gegen die andere Seite des Zahnrads gerichtet ist.

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