DE2226058C3 - Vorrichtung zur gleichzeitigen und voneinander unabhängigen Bestimmung des Durchmessers und der Konzentrizität eines nominell zylindrischen Werkstücks - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur gleichzeitigen und voneinander unabhängigen Bestimmung des Durchmessers und der Konzentrizitäl eines nominell zylindrischen Werkstücks.

Es ist eine große Vielfalt unterschiedlicher mechanisch oder elektrisch arbeitender Systeme oder Vorrichtungen bekannt (DT-PS 9 02 556, BE-PS 31 942, DT-PS 9 21 361 und DT-AS 12 98 722), welche die Möglichkeit geben, zwei Einzelmessungen von Abweichungen im Durchmesser und in der Konzentrizität von Werkstücken durchführen zu können. Diese Vorrichtungen ergeben jedoch nicht die Möglichkeit, gleichzeitig und voneinander unabhängig Durchmesser und Konzentrizität eines nominell zylindrischen Werkstücks zu bestimmen. Weiterhin ist es in der Praxis bekannt (Katalog der Fa. MORiN! & BOSSi, Mailand, etwa aus dem Jahre 1968 »TESA combifix«). gleichzeitig Durchmesser und Konzentrizitätsfehler von derartigen Werkstücken feststellen zu können. Bei diesem bekannten System werden unter Verwendung von Fühlern Abweichungen im Durchmesser der Werkstücke abgetastet, wobei diese Fühler Bestandteile eines U-förmigen Elements sind, das mit Bezug auf einen Grundrahmen schwenkbar gehalten ist. Meßwerte werden aus den jeweiligen Relativbewegungen der genannten Elemente gegenüber dem Grundrahmen ermittelt. Verwendung finden hierbei einmal zwei Meßwertwandler zur unmittelbaren Feststellung des Unterschiedes zwischen dem Ist-Wert und dem Soll-Wert des geprüften Durchmessers vermittels einer summierenden elektronischen Schaltung, sowie außerdem zwei Meßwertwandler zur Ermittlung etwaiger Konzentrizitätsfehler mittels einer subtrahierenden elektronischen Schaltung. Vorrichtungen derartiger Systeme haben einmal den wesentlichen Nachteil, daß der Fühler, welcher mit Bezug auf den übrigen Teil des U-förmigen Elements beweglich angeordnet ist, an diesem Element um eine Schwenkachse drehbar gelagert ist. Hieraus ergibt sich, daß die Abtaststelle des Fühlers eine bogenförmige- Bewegung ausführt und daher nicht gegenüber dem anderen Fühler in der gleichen Durchmesser-Beziehung verbleibt, so daß Meßfehlerirrtümer eintreten müssen. Andererseits ist durch die Verwendung vor, jeweils zwei Meßwertwandlern sowie durch summierende bzw. subtrahierende Schaltungen das System bzw. die hierfür verwendeten Vorrichtungen verwickelt und umständlich.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Nachteile dieser bekannten Systeme und Vorrichtungen zu vermeiden, so daß bei Verwendung einer geringstmöglichen Anzahl von Meßelementen (Fühler, Wandler, Meßschaltungen) eine gleichzeitige und unabhängige Bestimmung des Durchmessers und der Konzentrizität eines nominell zylindrischen Werkstückes durchgeführt werden kann, ohne daß Meßfehler-Irrtümer auftreten können.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einer Vorrichtung zur gleichzeitigen und voneinander unabhängigen Bestimmung des Durchmessers und der Konzentrizität eines nominell zylindrischen Werkstückes, mit einem in einer Querebene des Werkstückes einzusetzenden U-förmigen Element, das an seinen freien Enden mit nach einwärts auf das Werkstück hin gerichteten Fühlern zur Anlage gegen das Werkstück in dessen Durchmesserebene versehen ist und das von einem Grundrahmen nachgiebig derart aufgenommen wird, daß es im wesentlichen parallele Bewegungen in dieser Querebene ausführen kann, und von dessen beiden freien Enden das eine Ende in der genannten Querebene frei beweglich mit Bezug auf den übrigen Teil des U-förmigen Elements gehalten ist, ferner mit Meßwertwandlern für die Feststellung der Größe der Bewegungen der Fühler bei einer Drehung des Werkstückes um seine Achse, von denen der eine Wandler für die Feststellung der Bewegungsgröße des genannten einen freien Endes des U-förmigen Elements mit Bezug auf den übrigen Teil dieses Elements zur Bestimmung von Durchmesserabweichungen des Werkstückes vorgesehen ist.

Nach dem Hauptmerkmal der Erfindung ist eine derartige Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß das eine freie Ende des U-förmigen Elements mittels eines Paares von zueinander parallelen Haltegliedern an dem Element gehalten ist, und daß der andere der beiden Wandler die Bewegung der Mittelpunkte der genannten Halteglieder mit Bezug auf den Grundrahmen der Vorrichtung mißt.

Durch die Anordnung und Ausbildung der erfindungs-

maß parallelogrammartig geführten Halteglieder für Ü· Fühler kommt eine senkrechte Tastfläche des einen rhlers stets an einer Stelle des Werkstückumfangs zur A laße welche dem anderen Fühler diametral gegenih liegt, so daß die aus bogenförmigen Bewegungen H Fühler resultierenden Meßfehler mit Sicherheit vermieden sind. Durch die Verwendung derartiger ,rallelogrammartig geführter Halteglieder ergibt sich P. Relativbewegung der Mittelpunkte der einander ^ein allel geführten Halteglieder in bezug auf den rrundrahmen zur direkten Messung von Abweichunder Konzentrizität des Werkstückes vollständig ^abhängig von möglichen Durchmesserabwcichungen. ρ" können dabei besonders zeitsparende und voneinander unabhängige Messungen durchgeführt werden, um f stzustellen, ob ein Werkstück den vorbestimmten Toleranzen hinsichtlich seines Durchmessers und der Konzenlrizität entspricht. Es ist auch nicht mehr nötig, eine Null-Einstellung neu durchzuführen, wenn Werktücke unterschiedlicher Abmessungen in die Von ich-Hing eingegeben werden sollen.

Wenn die parallel zueinander angeordneten Halteelieder vorteilhaft in Form von in ihrem Mittelteil verstärkten federnden Bändern ausgebildet sind, dann ergibt sich entsprechend praktischen Erprobungen, daß 2s in diesem Fall keinerlei Abnutzungserscheinungen an den Gelenkstellen auftreten können, die stets Meßungenauigkeiten bei der Ablesung zur Folge haben.

Wenn schließlich an den freien Enden des U-förmigen Elements Klemmschrauben für die verstellbare Befestieung der Fühler vorgesehen sind, dann ergibt sich der besondere Vorteil dahingehend, daß die Vorrichtung sehr einfach und schnell an Werkstücke sehr unterschiedlicher Abmessungen angepaßt werden kann.

Nachstehend wird ein Alisführungsbeispiel der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine Endansicht des Ausführungsbeispiels der Vorrichtung nach der Erfindung,

F i g. 2 eine abgebrochene Seitenansicht der Vorrichlung nach F i g. 1 in kleinerem Maßstab,

F i g 3, 4 und 5 Ansichten entsprechend F i g. 1 in kleinerem Maßstab zur Erläuterung der Arbeitsweise der Vorrichtung unter drei verschiedenen Umständen,

F i g. 6 eine geometrische Darstellung einer Einzelheit der Vorrichtung. .

In den Zeichnungen ist ein nominell zylindrisches Werkstück 1 drehbar zwischen zwei einander gegenüberstehenden Stützen 2 gehalten dargestellt, die von Lagerblöcken 3 gelragen werden. Das Werkstück 1 könnte auch auf V-förmigen Kerben ruhen, um eine Drehung des Werkstücks um seine Längsachse zu ermöglichen.

Die Vorrichtung weist einen feststehenden Grundrahmen 4 auf, auf dem die Lagerblöcke 3 angebracht sind Ein U-förmiges Element 6 ist am Grundrahmen mit Hilfe von federnden Bändern 5 angebracht. Die Abmessungen dieses U-förmigen Elements 6 sind so gewählt, daß das zu prüfende Werkstück 1 umfaßt wirci.

Die Bänder 5 bestehen aus Federstahlstreifcn, die zwischen ihren Enden durch nicht vcrbiegbarc Platten so verstärkt sind, daß eine Biegung der Bänder 5 nur in der Nähe der Anschlußpunkte an den Grundrahmen und an das U-förmige Element 6 möglich ist. das U-förmige Element 6 ist mit dem Grundrahmen 4 praktisch durch ein vertikal flexibles Parallelogramm verbunden, dessen aufrechtsieher.de Seiten durch die Bänder 5 gebildet werden.

Zwischen zwei Befestigungselementen 9 bzw. 10, die Bestandteile des Grundrahmens 4 bzw. des U-förmigen Elements 6 sind, ist eine Schraubenfeder 8 verankert, welche dieses Element 6 in eine bestimmte Lage bewegt. Ein freies Ende 6a des U-förmigen Elements 6 trägt einen ersten Fühler 11, der an einem Ende eines seitlich verlaufenden Gleitstabs lla angeordnet ist, dessen Achse die Drehachse des Werkstücks 1 schneidet. Ein von einem ähnlichen, koaxial zu dem Gleitstab lla verlaufenden Gleitstab 12a getragener zweiter Fühler 12 steht dem ersten Fühler 11 gegenüber und berührt den diametral gegenüberliegenden Teil des Werkstücks 1. Der Gleitstab 12a wird von einem Block 14 aufgenommen, der schwingend an dem freien Ende 6b des U-förmigen Elements 6 gehalten ist. Mittels Klemmschrauben 13 kann der Fühlerstab 12a in einer jeweils gewünschten axialen Lage in dein Block 14 festgestellt werden.

Der Block 14 ist mit dem freien Ende 66 des U-förmigen Elements 6 durch ein Paar Haltegheder in Form federnder Bänder 15 verbunden, die den Bändern 5 gleichen, welche das U-förmige Element 6 mit dem feststehenden Grundrahmen 4 verbinden. Der Block 14 steht unter der Wirkung einer Rückführschraubenfeder

Zwei feste Anschläge 7 bzw. 17 begrenzen die Schwingauslenkungen des U-förmigen Elements 6 bzw. des Blocks 14.

An dem freien Ende 6b des U-förmigen Elements 6 ist ein feststehender Bügel 18 angebracht, der einen ersten elektronischen Wandler 19 zum Messen des Werksiuckdurchmessers trägt. Der Wandler 19 weist eine Tastspitze 19j auf, die sich an dem Block 14 abstmzt. hin am Grundrahmen 4 angebrachter weiterer feststehender Bügel 20 trägt einen zweiten elektronischen Wandler 21 zum Messen der Exzentrizität des Werkstücks. Der Wandler 21 besitzt eine Abtastspitze, die durch eine Bohrung 22 des Bügels 18 hindurchgre.ft und sich gegen eines der Bandglieder 15 stützt, die den Block 14 mit dem Arm 6b des U-förmigen Elements 6 verbindet.

Mit dieser Vorrichtung kann man den Durchmesser und den relativen Unrundheitsfehler des Werkstücks 1 bestimmen, der von dem elektronischen Wandler iy aufgenommen wird, sowie gleichzeitig die Konzentrizität bzw. die Exzentrizität des Werkstücks 1 mittels des zweiten elektronischen Wandlers 21.

Um den Grad der Konzentrizität und das Ausmaß Uer Unrundheit zu bestimmen, muß man das Werkstuck um die Achse der Stützen 2 (oder die Achse der V-förmigen Kerben) um einen Winkel von 180' drehen. Während dieser Drehbewegung liefern die beiden Wandler 19 bzw. 21 unabhängig voneinander Augenblickssignale, die ein Maß für die Konzentrizität bzw. den Durchmesser darstellen.

Die Vorrichtung erlaubt die Berücksichtigung von Toleranzbereichen. So gibt ein (nicht gezeichnetes) elektronisches Gerat, wenn die von den beiden Wandlern 19,21 mit Bezug auf ihre Normalstellung oder eine Nulleinstellung festgestellten Abweichungen sich innerhalb vorbestimmtcr Grenzen hallen, cm zustimmendes Signal, während umgekehrt, wenn diese Abweichungen außerhalb der vorbestimmten Grenzen fallen ein visuelles oder akustisches Signal abgegeben wird, das ein dem Standard nicht entsprechendes Werkstück anzeigt.

im Prinzip ist es möglich, mit der Vorrichtung unmittelbar Exzcntrizitatsfehlcr bei festgelegten ToIe-

ranzen unabhängig vom Werkstückdurchmesser aufzuzeichnen, wodurch die Nullstellung des Meßinstruments vermieden wird, um Abweichungen zu kompensieren, die auf Fehler des tatsächlichen Werkstückdurchmessers beruhen. Das ergibt sich daraus, daß der Exzentrizitätsfehler an einem durch den Buchstaben P (F i g. 3) gekennzeichneten Bezugspunkt, d. h. an der Spitze 21a des Wandlers 21 gemessen wird, die nicht infolge einer Zunahme oder Abnahme des Durchmessers des Werkstücks 1 in Richtung der Drehachse verschoben wird. Natürlich muß das Gerät anfangs mit Hilfe eines Musters oder eines Standardwerkstücks auf Null gestellt werden.

In F i g. 3,4 und 5 ist die Arbeitsweise der Vorrichtung beim Prüfen eines Werkstücks schematisch veranschaulicht. Es sind folgende Fälle berücksichtigt:

(a) der Durchmesser des Werkstücks entspricht dem Durchmesser eines Standards (F i g. 3);

(b) der Durchmesser ist kleiner als der einef Standards (F ig. 4);

(c) der Durchmesser ist größer als der eines Standards (F ig. 5).

jegliche Abweichung zwischen Werkstückdurchmesser und Standarddurchmesser beeinflußt nicht die Anzeige des Wandlers 21, der die Exzentrizität angibt, weil der Horizontalabstand C zwischen dem Punkt P und der nominellen Mitte R (F i g. 3) konstant bleibt, die als Mitte des fraglichen Standarddurchmessers D anzusehen ist und nicht mit der Drehachse des Werkstücks verwechselt werden darf. Wenn gemäß Fig.4 das Werkstück Γ einen Durchmesser Di besitzt, der kleiner als der Standarddurchmesser D ist, werden die beiden Fühler 11, 12 beide um ein Stück E in Richtung auf das Werkstück versetzt. E ist gleich der halben Differenz der Durchmesser (D-D\). Der in der Abbildung links vom Werkstück angenommene Fühler 11 nähert sich dem Werkstück, wenn das U-förmige Element 6 selbst sich nach rechts bewegt, während der andere Fühler 12 sich dem Werkstück nähert, weil der

ίο Block 14 sich um einen gleichen Betrag nach links bewegt. Wenn man nun das in Fig.6 dargestellte Gelenkparallelogramm aus den Haltebändern 15, dem Block 14 und dem Arm 6b des U-förmigen Elements 6 betrachtet, zeigt sich, daß die Verbindungspunkte A

bzw. B eines dieser Bänder 15 mit dem Block 14 bzw. dem Arm 6b um gleiche Beträge in entgegengesetzten Richtungen verlagert werden, wenn zwischen dem Block 14 und dem Arm 6b eine relative Verlagerung stattfindet; die gezeichneten Positionen A', ß'und A",

ίο B" stellen die Lage der Punkte A, B nach einer Verlagerung des Blocks 14 und des Arms 6b in entgegengesetzten Richtungen dar. Die Lage der Mitte des Haltebandes 15, die dem Punkt P entspricht, bleibt unverändert. Das gleiche tritt ein, wenn gemäß F i g. 5

der Durchmesser O₂ des Werkstücks größer als der des Standards ist, wobei in diesem Fall die beiden Fühler 11 und 12 sich um das gleiche Stück E' auswärts bewegen. Dadurch läßt sich die Konzentrizität unabhängig von dem Durchmesser und ohne eine vorherige Justierung

der Vorrichtung feststellen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   I. Vorrichtung zur gleichzeitigen und voneinander unabhängigen Bestimmung des Durchmessers und der Konzentrizität eines moninell zylindrischen Werkstückes, mit einem in einer Querebene des Werkstückes einzusetzenden U-förmigen Element, das an seinen freien Enden mit nach einwärts auf das Werkstück hin gerichteten Fühlern zur Anlage gegen das Werkstück in dessen Durchmesserebene versehen ist und das von einem Grundrahmen nachgiebig derart aufgenommen wird, daß es im wesentlichen parallele Bewegungen in dieser Querebene ausführen kann, und von dessen beiden freien Enden das eine Ende in der genannten Querebene frei beweglich mit Bezug auf den übrigen Teil des U-förmigen Elements gehalien ist, ferner mit Meßwertwandlern für die Feststellung der Größe der Bewegungen der Fühler bei einer Drehung des Werkstückes um seine Achse, von denen der eine Wandler für die Feststellung der Bewegungsgröße des genannten einen freien Endes des U-förmigen Elements mit Bezug auf den übrigen Teil dieses Elements zur Bestimmung von Durchmesserabweichungen des Werkstückes vorgesehen ist, d a durch gekennzeichnet, daß das eine freie Ende (14) des U-förmigen Elements (6) mittels eines Paares von zueinander parallelen Haltegliedern (15) an dem Element (6) gehalten ist, und daß der andere (21) der beiden Wandler (19, 21) die Bewegung der Mittelpunkte der genannten Halteglieder (15) mit Bezug auf den Grundrahmen (4) der Vorrichtung mißt.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der beiden zueinander parallel angeordneten Halteglieder (15) als federndes Band ausgebildet ist, welches an seinem Mittelteil durch unverformbare Platten verstärkt ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den freien Enden (6a, 14) des U-förmigen Elements (6) Klemmschrauben (13) für die verstellbare Befestigung der Fühler (11, 12) vorgesehen sind.

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