DE2158277A1

DE2158277A1 - Großenmeßvornchtung

Info

Publication number: DE2158277A1
Application number: DE19712158277
Authority: DE
Inventors: Mineo Oikawa Seuchi Kanya Aichi Ishikawa (Japan) P
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 1970-12-03
Filing date: 1971-11-24
Publication date: 1972-06-22
Also published as: JPS519587B1; US3793775A

Description

Großenmeßvorri chtung

Die Erfindung betrifft eine Großenmeßvorrichtung für eine Schleifmaschine und insbesondere eine Großenmeßvorrichtung mit Dreipunktberührung, bei der das Werkstück von drei Berührung sgliedem oder Meßfühlern umfaßt und berührend gehalten wird, um den Durchmesser zu messen.

Die Großenmeßvorrichtungen werden im allgemeinen in drei Arten •eingeteilt, solche mit Einpunktberührung, bei denen das Werkstück durch den messenden Eingriff mit einem Meßfühler gemessen wird, solche mit Zweipunktberührung, bei denen ein Paar von Meßfühlern in Berührung mit diametral einander gegenüberliegenden Teilen des Werkstücks ist, um den Durchmesser des Werkstücks zu messen, und solche mit Dreipunktberührung. Bei den oben genannten bekannten Größenmeßvorrichtungen ist ein Meßkopf drehbar an einem Trägerteil angebracht, so daß insbesondere bei der Vorrichtung mit Zweipunktberührung die Meßfühler um den Drehmittelpunkt des Meßkopfes in ihrer Ei ng rif f sstellung mit dem V/er'kstück gedreht: werden ohne Parallelbewegungen bezüglich des sich dazwischen

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befindenden Werkstückes. Daher kann keine Meßgenauigkeit erreicht werden, die nicht durch die Nullpunktstellung des Meß-· kopfes beeinflußt wird. Obwohl dieser Nachteil der Vorrichtung mit Zweipunktberührung daher zu einem gewissen Grad durch den Berührungseingriff von drei Berührungsgliedern beseitigt wird, hat die Meßvorrichtung mit Dreipurkfcberührung noch einige Nachteile in Bezug auf die Meßgenauigkeit und den Platz für ihr Anbringen. Bei dieser Art ist der Meßkopf so angebracht, daß er vor und nach dem Meßvorgang abwärts auf das Werkstück zu und aufwärts von diesem weg gedreht wird. Daher kann eine Meßvorrichtung mit Dreipunktberührung schwer bei einer Schleifmaschine mit einer automatischen Werkstückzufuhrvorrichtung verwendet werden, bei der das Werkstück im allgemeinen abwärts auf die Schleifstellung zu und aufwärts von dieser weg bewegt wird, und es ist schwer ein stabiler Meßdruck der Meßfühler trotz der Eingriffslage der Berührungsglieder mit dem Werkstück einzuhalten.

Außerdem ist die Metallmenge, die entfernt wird, mit dem schnellen Fortschritt der technischen Entwicklung der hochtourigen Schleifmaschinen groß geworden, was es ermöglicht, ein Werkstück direkt beim ersten Maschinenbearbeitungsschritt zu schleifen ohne zu drehen, so daß es mehr als früher erforderlich ist, daß die Meßfühler genau einer Änderung des Werkstückdurchmessers mit einem gleichbleibenden Meßdruck folgen, um den Werkstückdurchmesser über einen weiten Größenbereich genau zu messen.

Ziel der Erfindung ist daher eine Großenmeßvorrichtung, dLe den Durchmesser eines Werkstücks genau messen kann. Die Meßfühler dieser Vorrichtung sollen einerÄnderung des Werkstückdurchmessers mit gleichbleibendem Meßdruck genau folgen können. Diese Größenmeßvorrichtung soll sich für eine hochtourige Schleifmaschine eignen und den Werkstückdiirchmosser

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über einen großen Meßbereich genau messen können. Weiter soll die Größenmeßvorrichtung mit einem Paar Verschiebungsdetektoren ausgestattet sein, von denen der eine linear den Werkstückdurchmesser über einen weiten Größenbereich messen kann, um eine vorbestimmte Größe festzustellen, die als Metallmenge zum Abheben durch ein Feinschleifen bleibt, und von denen der andere den Werkstückdurchmesser genau messen kann, um die Endgröße des Werkstückes zu bestimmen. Weiter soll die Größenmeßvorrichtung einfach und kompakt sein und sich für eine Schleifmaschine mit einer automatischen Werkstückzuführung eignen, wobei sie sich waagerecht und auf das Werkstück zu und von diesem weg bewegt, um drei Meßfühler in messende Berührung mit dem Werkstück zu bringen.

Erfindungsgemäß wird dies durch eine Größenmeßvorrichtung erreicht, die ein Trägerteil, einen Meßkopf, der drehbar an den Trägerteil angebracht ist, und einen oberen und unteren Meßfühler umfaßt, die so an dem Meßkopf angebracht sind, daß sie genau mit den diametral einander gegenüberliegenden Teilen eines Werkstückes in Berührung kommen, um den Durchmesser des Werkstückes zu messen. Weiter wird das Trägerteil waagerecht auf das Werkstück zu und von diesem weg bewegt, um die Meßfühler in messende Berührung mit dem Werkstück zu bringen. Ein schwenkbares Teil ist drehbar an dem Trägerteil angebracht und hat einen vorderen und einen hinteren Arm auf beiden Seiten seines Drehpunktes. Durch den'vorderen Arm ist der Meßkopf drehbar an seinem Ende in einer Weise angebracht, daß der Meßkopf gegen das Werkstück durch das exzentrische Angreifen seines Eigengewichtes drückt. Eine Feder ist zwischen dem Trägerteil und dem rückwärtigen Arm angebracht, um den unteren Meßfühler nachoben gegen das Werkstück zu drücken. Ein Berührungsglied ist an dem Meßkopf so angebracht, daß es mit der Oberfläche des Werkstücks einer Schleifscheibe gegenüber in Berührung ist. Eine Detektorvorrichtung stellt die

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relative Verschiebung zwischen dem oberen und unteren Meßfühler fest.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei—

spieles unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert.

Fiq. 1 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht, die eine Großenrneßvorrichtung zeigt.

Fiq. 2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Schnittes längs der Linie II-II der Fig. 1.

Fiq. 3 ist ein Schnitt längs der Linie III-III der Fig. 1.

Fiq. 4 zeigt schematisch die Kennlinien der Ausgangssignale der Verschiebungsdetektoren.

Fig. 5 zeigt schematisch ein Steuersystem mit einer Größenmeßvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Fiq. 6 zeigt eine Relaisschaltung des Steuersystems der Fig.

In Fig. 5 ist ein Schlitten 1 an einer Kolbenstange 43 eines Kolbens 44, der in einem in einem Träger ausgebildeten Zylinder 45 gleitet, befestigt und wird durch eine Führungsstange 46 geführt, die gleitend in dem Träger angebracht ist. Ein Trägerteil 2 (Fig. 1) ist einstellbar durch Schrauben 42 an dem Schlitten 1 angebracht. Ein gegabelter Teil 2a ist an dem rechten Abschnitt des Trägerteils 2 ausgebildet, so daß ein schwenkbares Teil 3 durch einen Zapfen 4 drehbar darin angebracht ist. Das schwenkbare Teil 3 hat einen gegabelten Abschnitt 3a, der an seiner rechten Seite ausgebildet ist. Ein L-förmiges Teil 8 ist schwenkbar in dem gegabelten Teil 3a durch einen Zapfen 9 angebracht, der sich in einer vertikalen Ebene befindet, die durch den Mittelpunkt eines^/erkstückes VJ verläuft. An dem unteren vorspringenden Arm des L-förmigen Teils 8 ist eine U-förmige Platte 87 so befestigt, daß sie einstellbar einen Meßfühler 10 in sich hält. Wie in

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Fig. 3 gezeigt ist, ist der Meßfühler 10 durch die Drehung eines exzentrischen Zapfens 85 durch ein Abstandsstück 86 festgeklemmt. Ein unteres Bertihrungsglied 11 ist an dem Ende des Meßfühlers 10 so befestigt, daß es mit der unteren Oberfläche des Werkstückes W in der vertikalen Ebene,die durch den Mittelpunkt des Werkstückes W verläuft, in Berührung steht. Eine U-förmige Platte 12 ist einstellbar durch einen exzentrischen Zapfen 88 in der gleichen Weise wie oben erwähnt so befestigt, daß ein Berührungsglied 13 mit der rückwärtigen oder linken Oberfläche des Werkstückes W diametral gegenüber der Schleifscheibe 41 in Berührung stehen kann. Das Berührungsglied 13 f ist einstellbar an dem Meßfühler 10 so angebracht, daß der untere Meßfühler 10 und ein oberer Meßfühler 25 genau mit den diametral einander gegenüberliegenden Teilen des Werkstückes W in Berührung stehen können. Die Berührungspunkte der Meßfühler 10 und 25 mit dem Werkstück liegen auf einer vertikalen Ebene, die durch den Drehmittelpunkt des L-förmigen Teiles 8 verläuft.

Eine Feder 6 ist zwischen dem rückwärtigen oder linken Teil 3b des schwenkbaren Teils 3 und einer Kappe 5 angeordnet, die mit dem Trägerteil 2 verschraubt ist. Das schwenkbare Teil 3 wird durch die Kraft der Feder 6 unter einem Moment im Gegen- ί Uhrzeigersinn um den Zapfen 4 gehalben. Die Drehung im Gegenuhrzeigersinn wird einstellbar begrenzt durch den Eingriff eines Bolzens 7, der in das schwenkbare Teil 3 eingeschraubt ist, mit dem gegabelten Abschnitt 2a. Ein Meßkopf 14, der das L-förmige Teil 8 und einen Detektorkörper 17 umfaßt, wird unter einem Moment gegen das Werkstück W um den Zapfen 9 durch die Exzentrizität seines Schwerpunktes gehalten. Weiter ist eine Blattfeder 15 zwischen dem unteren Arm des L-förmigen Teils 8 und dem rückwärtigen Abschnitt 3b des schwenkbaren Teils 3 angeordnet, um das oben genannte Moment infolge der Schwerkraft zu unterstützen. Die Drehung im Gegenuhr— zeigersinn des Größenmeßkopfes 14 wird durch den Eingriff eines Bolzens 16 an dem L-förmigen Teil 8 mit einer Schulter des schwenkbaren Teils 3 begrenzt. Demgemäß wird ein ge-

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eigneter Meßdruck auf das vordere Berührungsglied 13 durch die Momente aufgrund der Schwerkraft des Meßkopfes 14 un.d aufgrund der Kraft der Blattfeder 15 aufrechterhalten. Der geeignete Meßdruck des Berührungsgliedes 11 wird durch das Moment aufgrund der Kraft der Feder 6 aufrechterhalten.

Der Detektorkörper 17 ist einstellbar an dem L-förmigen Teil 8 angebracht. Zwei Differentialtransfprmatoren 18 und 19 (F^g. 2) sind in vertikaler Richtung in einem räumlichen Abstand in Reihe im Inneren des Detektorkörpers 17 angebracht. Diese Differentialtransformatoren 18 und 19 haben jeweils unterschiedliche Kennlinien der Ausgangssignale. Jeder Differentialtransformator 18, 19 umfaßt einen Spulenkörper 20, 21, der gleitfähig in einer in dem Detektorkörper 17 ausgebildeten axialen Bohrung 48 angebracht ist, primäre und sekundäre Wicklungen, die auf Umfangsri11en der Spulenkörper 20, 21 gewickelt sind, und einen Kern 22, 23, der bewegbar in dem Spulenkörper 20, 21 konzentrisch zu den primären und sekundären Wicklungen angeordnet ist. Die Kerne 22_?und 23 sind miteinander durch ein Verbindungsstange 24 verbunden. Der obere Meßfühler 25 ist gleitfähig im unteren Teil des Detektorkörpers 17 angebracht und wird gegen eine Drehung durch eine Keilfeststellung 80 festgehalten. Eine Verbindungsstange 47 verbindet den unteren Kern 23 mit dem oberen Meßfühler 25. Der obere Meßfühler 25 wird durch eine Feder 26 nach unten gedruckt, die zwischen einem Flansch des Meßfühlers und dem unteren Ende des SpuLenkörpers 21 angeordnet ist, und wird dadurch in Berührung mit dem oberen Umfang des Werkstückes W gebracht. Eine Feder 27 ist zwischen deh Spulenkörpern 20 und 21 angebracht, um den Spulenkörper 20 des zweiten Differentialtrans forma tors 18 nach oben in Berührung mit einem Nocken zu bringen, der drehbar am oberen Ende des Detektorkörpers 17 angebracht ist. Der Spulenkörper 21 des ersten DLfferentialtransformators 19 wird durch die Feder 27 nach unten gedruckt, so daß er gegen ein Abstandsstück 29 stößt, das am unteren Ende der Bohrung 48 angebracht ist. Auf diese Weise ist jeder

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Differentialtransformator 18, 19 in seiner Lage einstellbar in dem Detektorkörper 17 angeordnet, so daß die relative Lagebeziehung zwischen den Spulen und den Kernen der Differentialtransformatoren 18 und 19 jeweils einstellbar ist, wie im folgenden beschrieben wird. Der EinstellVorgang des ersten DifferentialVorgangs 19 wird durch axiale Bewegung des Detektorkörpers 17 um einen entsprechenden Betrag relativ zu dem Kern 23 ausgeführt. In Bezug auf den zweiten Differentialtransformator 18 wird der Spulenkörper 20 mit den Spulen 50 und 51 in axialer Richtung relativ zu dem Kern 22 durch die einstellende Drehung des Nockens 28 bewegt.

Eine ins einzelne gehende Beschreibung der Differentialtransformatoren 18 und 19 soll nicht gegeben werden, da diese Transformatoren dem Fachmann bekannt sind, und für den Zweck dieser Beschreibung ist die Angabe ausreichend, daß, wenn die Primärwicklungen 51 und 52 durch einen geeigneten Oszillator 30 (Fig. 5) erregt werden, Ausgangssignale an den Ausgangsanschlüssen der Sekundärwicklungen 50 und 53 entsprechend den Verschiebungswerten der Kerne 22 und 23 relativ zu den Spulenkörpern 20 und 21 erscheinen. Der zweite Differentia.1-transformator 18 ist so gebaut, daß er ein großes Änderungsverhältnis des Ausgangssignals in Bezug auf die relative Verschiebung zwischen dem Kern 22 und den Wicklungen 50 und 51 besitzt, wie in Fig. 4 durch seine Kennlinie 55 gezeigt ist, die einen großen Anstieg oder eine große Verstärkung hat. Auf diese Weise ermöglicht die Bauart des zweiten Differentialtransformators 18, die Änderung des Werkstückdurchmessers genau und empfindlich zu messen. Die Ausgangs spannung, die an den Sekundärwicklungen 50 erzeugt wird, wird auf einen Verstärker 32 gegeben, um verstärkt zu werden. Das verstärkte Ausgangssignal wird auf eine Schmitt-Trigger-Schaltung 33 gegeben, bei der eine Triggerspannung Vt2 so vorgewählt ist, daß ein Ausgangssignal zu einer Relaxεschaltung 34 (Fig. 5) übertragen wird, wenn der Werkstückdurchmesser eine gewünschte Endgröße erreicht. Andererseits ist der erste Differentialtransformator 19 so gebaut, daß er die Änderung- des Werk-

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stückdüurchmessers über einen weiten Größenbereich messen kann, wie durch die Kennlinie 56 in Fig. 4 gezeigt ist, die einen kleineren Anstieg oder eine kleinere Verstärkung besitzt als die des zweiten Differentialtränsformators. Daher kann der cerste Different!altransformator 19 die relative Verschiebung zwischen dem Kern 23 und den Wicklungen 52 und 53 nicht empfindlich feststellen, aber er kann die Verschiebung über einen weiten Größenbereich feststellen. Die an den Sekundärwicklungen 53 erzeugte Ausgangsspannung wird auf einen Verstärker 36 gegeben. Die verstärkte Ausgangsspannung wird auf eine Schmitt-Trigger-Schaltung 37 gegeben, bei der eine Triggerspannung VtI so vorgewählt ist, daß ein Größenmeßsignal von der Schmitt-Trigger-Schaltung 37 zu der Relaisschaltung 34 übertragen wird, wenn das Werkstück W auf eine vorbestimmte Größe geschliffen ist, die als Metallmenge für das Wegnehmen durch das Feinschleifen übrig bleibt. Das verstärkte Ausgangssignal wird ebenso auf eine herkömmliche Anzeige 38 gegeben, die dazu dient, die Metallmenge anzuzeigen, die durch das,Schleifen weggenommen wird.

Im folgenden wird die Wirkungsweise unter Bezugnahme auf die Fig. 5 und 6 beschrieben, wobei das Werkstück mit einer großen Tiefe des Schleifschnittes durch eine Schleifscheibe 41 mit hoher Schleifgeschwindigkeit geschliffen wird.

Zuerst wird ein Schalter_tnSW betätigt, um den Schleif Vorgang zu beginnen. Ein Relais CRl wird durch das Schließen des Schalters SW erregt und wird durch seinen selbsthaltenden Kontakt CRl-I gehalten. Gleichzeitig werden Kontakte CRl-2 und CRl-3 durch das Relais CRl geschlossen, wodurch Magnet— spulen SOLI, SOL2 und SOL3 erregt werden. Ein Umschaltventil 58 wird durch die Spule SOLI nach links verschoben, wodurch eine Druckfluidquelle 59 mit den Zylindern 60 und 61 verbunden wird. Ein Schleifscheibenschlitten 62 wird durch das Fluid, das unter Druck auf die rechte Kammer des Zylinders 60 einwirkt, mit einer hohen Geschwindigkeit auf das Werk-

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stück zu bewegt, so daß die Schleifscheibe 41 in eine Stellung kurz vor der Berührung mit dem Werkstück W vorgeschoben wird. Andererseits wird dann Druckfluid der oberen Kammer des Zylinders 61 zugeführt und dreht eine Welle 63 durch einen bekannten Antriebsmechanismus 64 aus Zahnstange und Ritzel. Die Drehung der Welle 63 wird.über ein Zahnrad 69 auf eine Vorschubspindel 68 übertragen. Das von dem Zylinder 61 abgeführte Fluid fließt über eine Drossel 65, Verschlußventile 66 und 67, die durch die Erregung der Spulen SOL2 und S0L3 geöffnet werden^ und das Umschaltventil 58 zu einem Vorratsgefäß, so daß der Vorschub der Schleifscheibe 57 bei einer verringerten Geschwindigkeit für das Grobschleifen erfolgt, die durch die Drossel 65 bestimmt ist.

Die Größenmeßvorrichtung wird dann durch die Betätigung des Kolbens 44 in die Meßstellung bewegt. In der Meßstellung werden die zwei Berührungsglieder 11 und 25 elastisch gegeneinander gedrückt, um das Werkstück an seinen diametral einander gegenüberliegenden Teilen zu umfassen, wie in den Figi 1 und 5 gezeigt ist. Da die Berührungsglieder 11, 13 und 25 der Abnahme des Werkstückdurchmessers folgen, werden die Differen- ■ tialtransformatoren 18 und 19 und die Kerne 22 und 23 entsprechend der Abnahme des Werkstückdurchmessers relativ verschoben. Wenn der GrobschleifVorgang fortschreitet, wird das Werkstück beim Abschleifen im Durchmesser auf einen Wert verringert, der etwas größer ist als die Endgröße, und die Ausgangsspannung des ersten Differentialtransformators 19 erreicht die Triggerspannung VtI der Schmitt-Trigger-Schaltung 37, Wenn der SchleifVorgang bis zu einem Punkt fortgeschritten ist, an dem nur noch die Endschnittiefe auf dem Werkstück' übrig geblieben ist, wird durch die Schmitt-Trigger-Schaltung 37 das Ausgangsssignal erzeugt, wodurch ein Kontakt 70 geschlossen wird (Fig. 6). Ein Relais CR2 wird erregt, wodurch ein normalerweise geschlossener Kontakt CR2-1 geöffnet wird, so daß die Spule S0L2 abgeschaltet wird. Das Abschließventil 66

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wird durch das Abschalten der Spule SOL2 geschlossen, so daß das aus dem Zylinder 61 abfließende Fluid durch zwei Drosseln 65 und 75, das Abschlußventil 67 und das Umschaltventil 58 zu dem Vorratsgefäß fließt· Dadurch wird die Vorschubgeschwindigkeit der Schleifscheibe 57 von der ersten verringerten Geschwindigkeit zu der zweiten verringerten Geschwindigkeit für das Feinschleifen geändert, die durch die Drossel 75 bestimmt ist. Ein weiteres Fortschreiten des SchleifVorganges hat schließlich die Erzeugung des Ausgangs signals der Schmitt-Trigger-Schaltung 33 zur Folge, durch das ein Kontakt 71 geschlossen wird, um ein Relais CR3 und ein Zeitrelais TR zu erregen. Dann wird ein normalerweise geschlossener Kontakt CR3-1 geöffnet, wodurch· die Spule SOL3 abgeschaltet wird, so daß das Ventil 67 geschlossen wird, um die Vorschubbewegung der Schleifscheibe 57 abzustoppen. Das Zeitrelais TR hat die Wirkung, nach einem vorgewählten Zeitintervall einen normalerweise geschlossenen Kontakt TR-I zu öffnen. Das Relais CRl wird abgeschaltet, um dadurch den Kontakt CRl-3 zu öffnen. Die Spule SOLI kehrt in ihre normale Stellung zurück. Dadurch wird der Schleifscheibenschlitten 62 mit einer hohen Geschwindigkeit nach dem bekannten Auslaufen bis zum Verschwinden der Funken über die durch das Zeitrelais TR bestimmte Zeit zurückbewegt·

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Claims

Patentansprüche

/ 1»JGroßenmeßvorrichtung für eine Schleifmaschine, mit einem Trägerteil, einem Meßkopf, der drehbar an dem Trägerteil angebracht ist, und mit einem oberen und einem unteren Meßfühler, die so an dem Meßkopf angebracht sind, daß sie mit diametral einander gegenüberliegenden Teilen eines Werkstückes in Berührung kommen, um den Durchmesser des Werkstückes zu messen, gekennzeichnet durch ein schwenkbares Teil (3), das drehbar an dem Trägerteil (1, 2) angebracht ist und einen vorderen (3a) und einen rückwärtigen (3b) vorspringenden Abschnitt auf den beiden Seiten seines Drehpunktes hat, wobei an dem vorderen vorspringenden Abschnitt (3a) drehbar des Meßkopf (14) so an seinem Ende angebracht ist, daß der Meßkopf (14) durch das exzentrische Angreifen seines Gewichtes gegen das Werkstück gedrückt wird, durch eine Feder (6), die zwischen dem Trägerteil (1, 2) und dem rückwärtigen vorspringenden Abschnitt (3b) angeordnet ist, um den unteren Meßfühler nach oben gegen das Werkstück zu drücken, durch ein Berührungsglied (13), das an den Meßkopf (14) so angebracht ist, daß es mit der Oberfläche des Werkstückes der Schleifscheibe gegenüber in Berührung kommt, und durch eine Detektoreinrichtung (18, 19), die an den Meßkopf (14) angebracht ist, um die relative Verschiebung zwischen dem oberen und dem unteren Meßfühler (10, 25) festzustellen.
2. Großenmeßvorrlchtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung einen ersten Verschiebungsdetektor (19), um eine vorbestimmte Größe festzustellen, die als Metallmenge für das Wegnehmen beim Endschleifen stehen bleibt, und einen zweiten Verschiebungsdetektor (18) umfaßt, um die Endgröße des Werkstückes festzustellen.

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3. Großenmeßvorrxchtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Meßfühler (25) längs einer vertikalen Ebene gleiten kann, die durch die Achse des Werkstückes verläuft, und wirkungsmäßig mit dem ersten (19) und dem zweiten (18) Verschiebungsdetektor verbunden ist.
4. Großenmeßvorrxchtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehpunkt des Meßkopfes (14) in einer vertikalen Ebene liegt, die durch die Berührungspunkte der Meßfühler (10, 25) mit dem Werkstück verläuft.

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