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Einrichtung zum Messen der Rundheit eines Werkstückes mit unterbrochener
Oberfläche.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung in Verbindung mit einer
Rundheitsmeßmaschine zum Aufzeichnen und Messen der Abweichungen von der Rundheit
eines rotationssymmetrischen Werkstückes bei hohen Vergrößerungen, auch wenn die
Umfangsoberfläche des zu prüfenden Werkstückes Unterbrechungen, beispielsweise durch
Bohrungen, Nuten usw. besitzt.'Sie ist aber auch geeignet für ;;erkstücke, die aus
Kreissegmenten bestehen, wobei aber trotzdem es wichtig ist, die Rundheitsabweichung
zu ermitteln.
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Zum Messen der Rundheitsabweichung wird entw&der das zu prüfende
Werkstück auf einen rotierenden Tisch gestellt uns ein Umfang von einem außerhalb
befindlichen elektrischen Längenmeßtaster während des Umlaufens abgetastet, oder
es befindet sich der elektrische Längenmel3taster an einer umlaufenden hochgenau
gelagerten Spindel, die es ihm ermöglicht, das Werkstück zu umkreisen. In beiden
Fällen muß die Achse des zu messenden Werkstückes sehr genau zu der Achse entweder
des umlaufenden Tisches oder des umlaufenden Meßtasters ausgerichtet, zentriert
sein, denn jede Exzentrizität der beiderseitigen Achsen wird von dem Meßtaster mit
erfasst und in demselben Maße vergrößert wie die gesuchte Unrundheit. Je größer
der Anteil der Exzentrizität ist,desto geringer wird der noch zu erfassende und
ausreichend vergrößerbare Anteil des gesuchten Rundheitsfehlers.
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Es kommt daher sehr wesentlich darauf an, durch eine sehr weitgehende
Zentrierung den Exzentrizitätsfehler möglichst ganz auszuschalten. Je mehr aber
zum Erfassen der Unrundheit deren Abweichung vergrößert werden muß, 100000-fach
und mehr, desto mehr wird auch ein geringer restlicher Erzentrizitätsfehler sich
wieder bemerkbar machen. Das Beseitigen dieser kleinen Exzentrizitäten wird umso
mühsamer und zeitaufwendiger, je größer die Vergrößerung eingestellt werden muß
Aus diesem Grunde-ist vorgeschlagen worden, diese Beseitigung des Exzentrizitätsfehlers
durch eine selbsttätige elektrische Kompensation durchzuführen und jede mechanische
Feinzentrierung zu vermeiden. Ein Verfahren dieser Art ist in der DBP 1 100 978
beschrieben worden0 Die dort dargestellte Einrichtung wird hier als bekannt vorausgesetzt.
Sie soll durch den Gegenstand dieser Erfindung weiter vervollkommnet werden und
zwar dazu, daß auch Werkstücke hinsichtlich ihres Rundheitsfehlers gemessen werden
können, wenn von ihrem Umfang von 3600 größere Beträge bis nahezu an 1800 fehlen.
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Der Umfang muss dabei auch nicht tn einem einzigen Stück unterbrochen
sein, sondern die Unterbrechungen Scönneii auf dem Unfang beliebig verteilt sein.
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Die Abbildung 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer derartigen
i<undneitsmeßmaschine, wie sie ausführlicher im DBP 1 100 978 beschrieben ist,
und die durch die Erfindung verbessert werden soll. Das Werkstück 1 befindet sich
auf dem umlaufenden Grobzentriertisch 2, der durch die Pråzisionsspinuel 3 mit sehr
hoher Genauigkeit, d.h. praktisch ohne Rundheitsfehler umläuft.
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Diese Spindel wird motorisch angetrieben und ist außerdem mit zwei
elestrischen Meßwertgebern 4 und 5 verbunden, die bei einem Spindelumlauf eine elestrische
Spannung liefern, die sin X und cos k proportional sind. An einem auf dem Maschinengestell
befestigten HeßEtänder, der hier nicht dargestetit ist, befindet sich in horizontaler
und vertikaler Richtung zustellbar ein elektrischer Längenmeßtaster 6, der mit seinem
Tastbolzen 7 den Umfang des Werkstückes 1 abtastet. Die Ausgangsgröße des Meßtasters
5 enthält sowohl die Rundheitsabweichung als auch die Restexzetrizität, letztere
bedingt durch die Grobzentrierung des Werkstückes 1 zur Spindelachse 3. Zur Kompensagelieferte
elektrische pannun' tion dieser Xestexzentrizität wird hievon den sin-cos-Gebern
4 und 5/einer Kompensationsstufe 9 zugeführt, die ihrerseits ebenso wie der Meßtaster
an eine Verstärker- und Integrierstufe 8 angeschlossen ist. In der aus aem DBP 1
100 978 bekannten Weise wird das Meßsignal integriert sowie mit nilfe des Kompensationswertes,
der in 9 gebildet wurde, der Exzentrizitätsanteil unterdrückt, sodaß im Meßverstärker
10 der exzentrizitätsfreie Rundheitsfehlermeßwert verstärkt und dem Registrier-
oder Auswerteteil zugeführt werden kann.
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Trifft nun beim Abtasten des Umfanges des Werkstückes 1 der Tastbolzen
7 des elektrischen Längenmeßtasters 6 auf eine Unterbrechung, beispielsweise eine
Nut, eine Bohrung oder ähnliches, dann bewegt sich der Tastbolzen 7 um einer erheblicher
Weglänge in Richtung auf die Mittelachse des Werkstückes 1 zu, wodurch der Meßtaster
6 auch einen großen elektrischen Meßspannungswert an die angeschlossenen Verstärker-
und Integrierstufen 8 und 10 liefert.
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Da die Rundheitsabweichungen kaum die Größenordnung von 0,1 mm überschreiten
in der Regel aber um 0,01 mm und weniger betragen, wird durch die Bewegung des Tastbolzens
7 um einen Betrag von ca. 1 mm und mehr eine völlige Übersteuerung bezw. Meßbereichüberschreitung
der angeschlossemen Verstärker 8 und 10 bewirkt. Infolgedessen gerät auch der auf
Kompensation beruhende Zentriervorgang aus dem Gleichgewicht, das sich aucn so schnell
nicht wiener einstellt bezw. zurückbildet, wenn der Tastholzen 7 nach durcnlaufener
Unterbrechung wieder auf den Außenumfang des Werkstückes 1 gehoben wird.
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Durch die Erfindung wird nun erreicht, daß bei einer Unterbrechung
des Umfanges kein 80 hohes, eine Übersteuerung bewirkendes elektrisches Signal
ausgelöst
wird, sondern ea? statt dessen ein Überbrückungssignal simuliert wird, das einem
ideal runden Teil entspricht. Zu diesem Zweck ist erfindungsge.mä3 an den Ausgang
des Meßverstärkers 10 ein elektronischer Grenzwertschalter 10, ein Trigger, angeschlossen,
der anspricht, wenn die Ausgangsspannung des MelSverstärkers 10 den eingestellten
Meßbereich um 10% überschreitet.
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Dies geschieht aber, sobald der Tastbolzen 7 beginnt vom Umfang des
Werkstückes 1 in eine Vertiefung oder Unterbrechung hineinzugleiten. Der Trigger
12 bringt dann ein elektronisches oder elektromechanisches Relais 12 zum Anslrechen
bzw. zum Umschalten aus dem ausgeschalteten Zustand 13/15 in den eingeschalteten
Zustand 13/14. Dadurch werden die Integratoren in der Stufe 8 abgeschaltet und statt
dessen wird mit der Kompensationsspannung aus 9 der ideale Kreisumfang simuliert,
bezw. über den Meßverstärker 10 während der Unterbrechung eine Überbrückung vorgenommen.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß während
der Unterbrechungszeit der Peripherie nicht ein Meßwert simuliert wird, sondern
daß der kurz vor der Unterbrechung vorhandene Meßwert in einem Meßwertspeicher,
z,B. einem Kondensator festgehalten und im Integrator statt der durch die Unterbrechung
bewirkten höneren Spannung eingeführt wird. Mit Hilfe dieser durch den Speicher
festgehaltenen Spannung kann dann die Kompensation weiter durchgeführt werden. Die
Steuerung kann sowohl mit dem oben beschriebenen Grenzwertschalter, als auch durch
einen vom Rundtisch 2 aus betätigten Schalter erfolgen.
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Abbildung 2 zeigt diese Möglichkeit. An den Ausgang des Meßverstärkers
10 ist ein steuerbarer Analogspeicher 16 angeschlossen, der beispieleweise ais dem
Kondensator 18 besteht und der über den Widerstand 17 entsrechend dem /~momentanen
oder mittleren Ausgangsmeßwert geladen wird. Durch steuerbare Schalter 19 kann der
Kondensator vom Ausgang des Meßverstärkers abgeschaltet und durch den Schalter 21/22
mit seiner gespeicherten Spannung an die Integrierstufe 8 angeschlossen werden.
Der Schalter 21/22 kann dabei , wie in Abbildung 1 gezeigt, durch den Trigger 12
betätigt werden, oder wie hier auf Abbildung 2 dargestellt, durch am Rundtisch oder
der umlaufenden Spindelbifestigte einstellbare Nocken mit Hilfe des Steuerelementes
20. Als weitere Alternative ist dargestellt, daß in Verbindung mit dem Rundtisch
2 oder der Spindel 3 ein magnetisierbarer Träger, beispielsweise eine Magnettonplatte
23 angebracht ist, auf die
das vom Meßtaster 6 aufgenommene Meßwertsignal einschl. der Unterbrechungssignalwerte
mit Hilfe des Aufsprechkopfes 24 aufgesprochen werden kann, nachem ds in dem Verstärker
25 verstärkt wurde.
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Da die Unterbrechungen der Peripherie sehr viel größere Meßwerte geben
als der gesuchte Rundheitsfehler, wird sich die Unterbrechung des Umfanges auf der
M:WnettonT?latte genau markieren. Durcn einen Lesekopf 26 bezw. einen
Abspielkopf
26, der an geeigneter Stelle angeordnet ist (in Abbildung 2 versetzt gezeichnet),
knn dann In entsprechender Zuordnung zu dem auf dem Rundtisch 2 stehenden Werkstück
1 und dem dessen Umfang abtastenden Tastbolzen 7 jede Unterbrechung der Peripherie
rechtzeitig erfasst und über den Verstärker 27 zum Betätigen des Schalters 21/22
benutzt werden, sodaß das mechanische Einstellen von Nocken zur Betätigung von 21/22
über 20 vermieden wird.
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Statt der hier gewählten Darstellung, bei der
das Werkstück 1 auf dem Rundtisch 2 mittels der Spihdel 3 vor dem Tastbolzen 7 und
Meßtaster 6 gedreht wird, kann selbstverständlich auch der Meßtaster 6 an der Präzisions
spindel 3 befestigt werden. Er würde dann mit dem umlaufenden Tastbolzen 7 das Werkstück
1 abtasten, wobei die Spindel 3 nicht unterhalb, sondern über dem Werkstück 1 angeordnet
werden würde. Der Tisch 2 wäre dann ein stationärer Kreuztisch zur groben Vorzentrierung.
Alle anderen Einrichtungen bleiben die gleichen.
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Patentanspüche 1. Einrichtung zum Messen der Rundheit eines Werkstückes
mit unterbrochener Oberfläche unter Verwendung einer Meßeinrichtung mit selbsttätiger
Zentrierung ähnlich DBP 1 100 978 dadurch gekennzeichnet, daß ein im Zuge der Meßwertvergrößerung
eingebauter Grenzwertschalter bei Überschreitung des eingestellten Vergrößerungsbereiches
um einen geringen Betrag, beispielsweise um 10%, infolge Unterbrechung der Peripherie
des zu prüfenden Werkstückes und des Einsinkensdes Tastbolzens (7) des elektrischen
Längenmeßtasters (6) in diese Unterbrechung die sich dadurch vergrößernde Ausgangsspannung
des Meßtasters (6) von ihrer Einwirkung auf die Zentrier-und Koipensationsschaltung
während des Durchlaufens der Unterbrechung abschaltet und dafür ein Meßsignal zuschaltet,
das einem ideal runden Werkstück proportional ist.
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2. Einrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeicinet, daß die am
Ausgang des eßverstärktrs (10) vorhandene Meßwertgröße als solche oder bezüglich
ihres Mittelwertes auf einem geeigneten Analogspeicher, beispielsweise einem Kondensator
18 , fortlaufend gespeichert wird und daß bei Ansprechen des Grenzwertschalters
infolge einer Unterbrechung des Umfanges des Werkstückes der Speicher von Meßverstärker
abgeschaltet und der auf ihm eingespeicherte letzte Momentanwert als Meßsignal für
die Kompensation und Zentrierung statt des Unterbrechungssignals zugeschaltet wird.