-
Verfahren und Tastkopf zur Konturenvermessung Die Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zur Ermittlung der Abweichungen einer in einer Ebene liegenden,
umlaufenden Kontur eines Werkstückes von einer vorgegebenen Sollkontur und auf einen
Tastkopf zur Durchführung dieses Verfahrens.
-
Um die Imlen- und Außenkonturen, besonders an unregelmäßig und kompliziert
ausgebildeten Werkstücken vermessen und deren Abweichungen gegerniber vorgegebenen
Sollkonturen ermitteln zu können, war es bisher erforderlich, eine Koordinaten-Meßmasciiine
zu verwenden. Dabei wurden entlang der Kontur mehrere in mehr oder weniger großem
Abstand voneinander befindliche Punkte herausgegriffen und deren Koordinaten in
einem werkstückfesten Koordinatensystem ermittelt. Abweichungen dieser Koordinaten
von vorgegebenen
Werten können dann leicht ermittelt und beiopielsweise
auch von einem an die Koordinaten-Meßz.ascline angeschlossenen Drucker als Fehlwerte
ausgedruzkt werden. Eine derartige Koordinaten-Meßmaschine ist jedoch verhältnisma~ßig
teuer und erfordert zudem für Einrichten und Messen einen erheblichen Zeitaufwand.
-
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, diesen
Zeit- und Kostenaufwand für die Konturenvermessung an Werkstücken zu verringern
und ein einfaches und schnelles Meßverfahren anzugeben, mit dem alle Punkte einer
geschlossenen Werkstückkontur durch eine geometrisch einwandfreie und lotrechte
Maßabnahme erfaßt werden können. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der
Schaffung eines Tastkopfes zur Durchführung eines derartigen Meßverfahrens.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß das zu vermessende
Werkstück in eine nach dem Kopierverfahren arbeitende Werkzeugnaechine eingespannt
wird und daß znstelle des Werkzeuges ein mit einem die Kontur des Werkstückes abtastenden,
allseitig auslenkbaren Taststift ausgerüsteter Tastkopf vorgesehen ist, der die
Auslenkungen des Taststiftes in in einer Richtung verlaufende Verschiebungen umwandelt
und auf ein Längsverschiebungen messendes Meßgerät überträgt.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren wendet also das Kopierverfahren zur
Abtastung der zu vermessenden Kontur des Werk-8stückes an, indem anstelle des sonst
zur Bearbeitung vorgesehenen Werkzeuges ein Tastkopf in die Werkzeugmaschine eingespannt
wird, so daß der Tastkopf entsprechend den Befehlen des das Meisteratück abtastenden
Kopieretiffee an der kontur des Werkstückes entlanggeführt wird. Auslenkungen
des
schwenkbar an dem Tastkopf angeordneten Taststiftes aus einer der Sollkontur entsprechenden
Ausgangsstellung stellen damit Konturfehler dar, die als Meßwerte von einem angeschlossenen,
Längsverschiebungen messenden Meßgerät angezeigt und bei Bedarf registriert werden
können. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht also eine lückenlose Vermessung
der Kontur eines Werkstückes auf verhältni#mäßig einfache und schnelle Weise. Besondere
Vorteile ergeben sich, wenn die zu vermessende Werkstückkontur auf einer Kopierwerkzeugmaschine
erzeugt worden ist, da hier lediglich anstelle des Werkzeuges der Tastkopf eingespannt
zu werden braucht, um so auf besonders schnelle Weise die erzeugte Kontur zu überprüfen.
-
Die Erfindung schlägt weiterhin einen insbesondere zur Durchführung
des Verfahrens verwendbaren Tastkopf vor, der einen senkrecht zu seiner Längsachse
auslenkbaren Taststift, der mit einem halbkugelförmigen Führungsteil in einem eine
halbkugelförmig ausgebildete Innenwand aufweisenden Gehäuse schwenkbar gehalten-
ist, und ein in dem Gehäuse axial verschiebbar gehaltenes, zylinderförmiges Zwischenstück
aufweist, dessen eine Stirnfläche an der ebenenEndfläche des halbkugelförmigen F~uhrungsteils
anliegt und dessen andere Stirnfläche ein Axialverschiebungen messendes Meßgerät
beaufschlagt. Dadurch, daß der Taststift gemäß der Erfindung in der Art eines Kugelgelenks
gehalten ist, kann dieser in einer senkrecht zu seiner Längsachse liegenden Ebene
nach allen Seiten hin ausgelenkt werden. Dies ist besonders dann notwendig, wenn
die Kontur des abzutastenden Werkstückes rundum abgetastet werden soll und wenn
an jedem Punkt eine geometrisch einwandfreie, lotrechte Naßabnahme erfolgen soll.
Dadurch, daß die Führung des laatstiftes halbkugelförmig ausgebildet
ist,
und ein axial verschiebbar gehaltenes Zwisclicn#tüc an der ebenen Endfläche des
halbkugelfbrmigen Füllrungsteils des Taststiftes anliegt, wird auf einfachc Weite
die an dem Taststift auftretende Auslenkung unabhängig von deren Richtung in eine
Axialverschiebung transformiert, deren Größe durch ein übliches, Axialverschiebungen
messendes Meßgerät ermittelt werden kann.
-
Zur Gewährleistung einer exakten Maßabnahme weist der Taststift zweckmäßigerweise
eine kugelförmige Tastspitze auf, deren Durchmesser beider Verwendung des erfindungsgemäßen
Tastkopfes in dem zuvor beschriebenen Verfahren mit Vorteil um einiges größer bemessen
ist, als der Durchmesser der üblicherweise an dem Kopierstift vorgesehenen Spitze.
Ist beispielsweise die Taststift-Spitze um einen Millimeter im Durchmesser größer,
so wird dadurch dem Taststift eine Anfangsauslenkung aufgeben, die es bei entsprechender
Ausbildung des nachgeschalteten weichungen sowohl nach der positiven als auch nach
der negativen Seite zu ermitteln.
-
Damit der Taststift spielfrei und axial unbeweglich gehalten wird,
soll gemäß einer Weiterbildung der Erfindung eine das zylinderförmige Zwischenstück
durchdringende Halteatange vorgesehen sein, die mit einer ballig ausgebildeten Spitze
in einer zentrischen kegelförmigen Fläche am halbkugelförmigen Führungsteil des
Taststiftes spielfrei anliegt. Die Baltestange kann auch axial einstellbar in einem
Endteil des Gehäuses gehalten sein, so daß etwa infolge Verschleiß entstehendes
Spiel in dem Halbkugelgelenk durch Nachstellung beseitigt werden kann.
-
Die Rückstellung des Taatetiftes wird durch eine auf dem Gehäuseendteil
abgestützte Feder bewirkt, über die das
zylinderförmige Zwischenstück
an die ebene Endfläche des halbkugelförmigon Führungsteils des Taststiftes gedrückt
ist. Gegen Verschmutzung ist das Halbkugelgelenk durch einen elastischen Faltenbalg
geschützt, der mit dem einen Ende an dem Taststift und mit dem anderen Ende an dem
Gehäuse befestigt ist.
-
Das Gehäuseendtell soll weiterhin eine Haltevorrichtung.
-
zur Aufnahme eines induktiven Meßfühlers sowie einen Aufnahmedorn
zur Befestigung in einer Werkzeugmaschine aufweisen.
-
Weitere Vorteile und die wesentlichen Merkmale der Erfindung sind
in der nachfolgenden Beschreibung enthalten, die das in der Zeichnung dargestellte
Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt. die Zeichnung den
erfindungsgemäßen Tastkopf, an dem ein induktiv arbeitendes Längenmeßgerät angeschlossen
ist.
-
Mit 1 ist der Tastkopf bezeichnet, der einen mit einer kugelförmigen
Tastspitze 2 a versehenen Taststift 2 aufweist. An dem der Tastspitze gegenüberliegenden
Ende zeigt der Taststift 2 ein halbkugelförmiges ?tuirungsteil ? b, das in einem
Gehäuse 3 schwenkbar gehalten ist. Das gesamte Gehäuse 3 ist aus fertigungstechnischen
Gründen in mehrere Teile 3 a bis 3 d gegliedert. Von diesen Gehäuse teilen weist
das Teil 3 a eine Durchgangsöffnung 4 zum Durchtritt des Tastetiftes 2 sowie eine
halbkugelförmig ausgebildete Innenwand 5 auf, in der das halbkugelförmige Führungsteil
2 b des Taststiftes 2 gehalten ist. Mit 6 ist ein zylinderförmiges Zwischenstück
bezeichnet, das in einer kreiszylindrischen Innenbohrung des mittleren Gehäuseteils
3 o axial verschiebbar gehalten ist und das mit seiner einen Stirnfläche an der
ebenen Endfläohe des halbtugeliörmtgen
Führungsteils 2 b des Taststiftes
anliegt. Die awldçre Stirnfläche des zylinderförrigen Zwischenstückes 6 beaufschlagt
die Tastspitze 9 eines induktiven #e#-fühlers 8. Die Rückstellmlc des Taststiftes
2 nach einer Auslenkung wird durch eine auf das zylindrische Zwischenstück 6 wirkende
Feder 10 erzielt, die auf dem Gehauseendteil 3 d abgestützt ist. Zur Gewshrleistung
einer spielfreien Kugelgelenkhalterung des Taststiftes 2 ist eine Haltestange 11
vorgesehen, die mit einer ballig ausgebildeten Spitze 12 in einer zentrischen, kegelförmigen
Fläche 13 am halbkugelförmigen Fihrungsteil 2 b des Taststiftes 2 anliegt und die
mittels eines Gewindes 14 in dem Gehäuseendteil 3 d einstellbar befestigt ist. Dabei
durchdringt die Haltestange 11 das zylindrische Zwischenstück 6 an einer zentrischen
Bohrung 15.
-
7 stellt einen zylindrischen Faltenbalg dar, der mit einem Ende an
dem Taststift 2 und mit dem anderen Ende an dem Gehäuseteil 3 a befestigt ist und
so die gugelgelenkführung gegen Eindringen von Schmutz abschert.
-
Die einzelnen Teile des Gehäuses 3 des Tastkopfes 1 sind starr miteinander
verbunden. So sind Schrauben 16 vorgesehen, die die Gehäuseteile 3 a und 3 b verbinden,
während die Gehäuseteile 3 b und 3 c bzw. 3 c und 3 d mit Hilfe von Gewinden 18
bzw. 19 miteinander verschraubt und durch Feststellschrauben 17 bzw. 20 gesichert
sind.
-
Das Gehäuseendteil 3 d weist schließlich eine Aussparung 23 zur Aufnahme
des induktiven Neßftihlers 8 auf, der durch eine Bohrung 22 hindurchgeführt und
mit einer Feststellschraube 21 in dieser Position festgehalten wird. Der induktive
Meßfühler 8 ist über eine Signalleitung 26 mit einen elektronischen Anzeige- und
luswertegerät 25 verbunden,
da3 die an der Tastspitze 9 des induktiven
Mef3£ühiers 8 gemessenen axialen Verschiebungen anzeigt und gegebenenfalls registriert.
-
Das Gehäuseerdteil 3 d geht schließlich an seinem Ende in einen Aufnahmedorn
24 ueber, mit dem der Tastkopf 1 in der Werkzeugaufnahme einer Werkzeugmaschine
eingespannt werden kann.
-
Nachfolgend soll die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Tastkopfes
erläutert werden, wobei davon ausgegangen wird, daß dieser mit seinem Aufnahmedorn
24 in der Werkzeugaufnahme einer nach dem Kopierverfahren arbeitenden Werkzeugmaschine,
beispielsweise einer Kopierfrasmaschine, befestigt ist. Das zu vermessende Werkstück
ist in der Werkzeugmaschine eingespannt und der Vorschub des Werkzeughalters wird
von den Befehlen eines Kopierstiftes gesteuert, der die Konturen eines die Sollabmessungen
aufweisenden Meisterstückes abtastet. Der Werkzeughalter mit dem darin eingespannten
erfindungsgemäßen Tastkopf wird demnach entsprechend der Sollkontur des Werkstückes
an diesem entlanggeführt und erfaßt dabei entsprechend den Auslenkungen des Taststiftes
aus einer dem Sollwert entsprechenden Ausgangsstellung die Abweichungen der Istkontur
von der Sollkontur des Werkstückes.
-
Damit der Taststift 2 des Tastkopfes 1 eine für die Messung notwendige
Vorspannung aufweist, um nicht nur Auslerikungen nach einer Richtung, also nur nach
der positiven oder nur nach der negativen Seite erfassen zu können, wird dem Taststift
2 eine Anfangsauslenkung mitgeteilt. Durch entsprechende Abstimmung des an den Tastkopf
1 angeschlossenen -induktiven Meßgerätes wird dann dafür gesorgt, daß das Anzeige-
und Auswertegerät 25 in dieser dem Sollwert ensaprechenden Ausgangsstellung
die
Maßabweichung 0 anzeigt. Die dieser Ausgangastellung zugeordnete Anfangsaußlenkung
kann nun in einfacher Weise dadurch bewirkt werden, daß der Durchmesser der kugelföriuigen
Tastspitze 2 a des Taststiftes 2 um ein bestimmtes Maß größer gehalten wird als
die Kugelspitze an dem das Kopiermodell abtastenden Kopierstift. Wenn auch die kugelförmige
Ausbildung der Tastspitze 2 a des Taststiftes 2 am zweckmäßigsten erscheint, so
kann die Tastspitze doch auch zylinderförmig ausgeführt sein.
-
Bei dem Meßvorgang wird nun die kugelförmige Tastspitze 2 a des Taststifteß
2 entsprechend den von dem Kopiermodell abgenommenen Sollwerten an der Kontur des
Werkstückes entlanggeführt und bei Abweichungen von der Sollkontur ausgelenkt. Diese
Auslenkungen der Tastspitze 2 a, die analog der Kontur des Gehäuses nach verschiedenen
Richtungen hin erfolgen können, werden mittels des halbkugelförmigen, spielfrei
gelagerten Ptüirungsteils 2 b und des an dessen ebener Endfläche anliegenden zylinderföraigen
Zwischenstückes 6 in proportionale Axialverschiebungen umgewandelt. Dabei läßt sich
durch entsprechende Festlegtulg der Länge des Taststiftes und des Durchregrerg des
hzlbkugelförmigen Nhrungsteils 2 b das Übersetzungsverhältnis in weiten Grenzen
frei yählen.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine lückenlose, einfache
und schnelle Vermessung von Werkstückkonturen, wobei der vorgeschlagene Tastkopf
infolge seines allseitig auslenkbaren Tastctittex immer eine geosettlsoh einwandfreie,
lotrechte flaßabnahme an allen Punkten der Prüflingskontur gewährleistet. Durch
die korrekte Naßabnahme ist eine Meßwertverfälschung, wie sie bei nicht lotrechter
Abtestung der Kontur zwangsläufig erfolgt, nicht mehr möglich.