DE2535347C2

DE2535347C2 - Verfahren zum Messen von zylindrisch gestalteten Flächen

Info

Publication number: DE2535347C2
Application number: DE2535347A
Authority: DE
Inventors: David Hinckley Leicestershire Garratt; Graham John Keyworth Nottingham Siddall
Original assignee: Rank Organization Ltd
Current assignee: Rank Taylor Hobson Ltd
Priority date: 1974-08-07
Filing date: 1975-08-07
Publication date: 1987-02-19
Also published as: FR2281555A1; JPS5141545A; DE2535347A1; US4080741A; FR2281555B1; GB1479621A; JPS5944568B2; IT1041467B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen einer Radius-Meßvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine aus der GB-PS 13 50 566 bekannte Radius-Meßvorrichtung umfaßt einen Tragtisch und einen Taster, die relativ zueinander um eine Bezugsachse drehbar sind, sowie Einstelleinrichtungen zum Einstellen der Position des Tragtisches.
Nach der bisherigen Technik wird zum Einstellen der Radius- Meßvorrichtung und zum Messen des Radius eines Werkstücks ein Bezugskörper von annähernd demselben Radius wie das Werkstück auf den Tragtisch aufgesetzt und durch Relativdrehung des Tragtisches und des Tasters zentriert. Auf diese Weise wird der Wert des Tasterausgangssignals entsprechend einem speziellen Radius (dem des Bezugskörpers) bestimmt. Anschließend wird das Werkstück in gleicher Weise auf dem Tragtisch zentriert, wobei die Abweichung des Tasterausgangssignals von dessen ursprünglichem Wert die Radiusdifferenz zwischen dem Werkstück und dem Bezugskörper anzeigt. Wenn ein anderes Werkstück gemessen werden soll, dessen Radius wesentlich von dem des vorher zum Kalibrieren des Tasters verwendeten Bezugskörpers abweicht, so muß nach der bisher bekannten Arbeitsweise aufgrund des sehr begrenzten Meßbereichs des Tasters dieser gegen einen Bezugskörper passender Größe erneut kalibriert werden. Dies ist umständlich und zeitraubend.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der genannten Art zu schaffen, bei dem das Vorhalten einer Vielzahl von Bezugskörpern überflüssig wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Nach der Erfindung wird ein Bezugskörper radial zur Bezugsachse verschoben, indem ein X-Y-Koordinatentisch um einen vorgegebenen Betrag verstellt wird. Der Tasterkörper wird dann in eine Position gebracht, in der die Tasternadel wieder mit der Fläche des Bezugskörpers in Berührung tritt und die Nadel über den Bezugskörper hin und her bewegt, indem eine Relativdrehung zwischen dem Taster und dem Tragtisch durchgeführt wird. Diese Hin- und Herbewegung des Tasters ergibt ein variierendes Tasterausgangssignal. Das Maximum (oder Minimum) dieses Signals, an dessen Umkehrpunkt, der dem vorgegebenen radialen Abstand des Tasters entspricht, gibt dem Werte nach die radiale Verschiebung des Bezugskörpers wieder, die durch Verstellung des X-Y-Koordinatentisches herbeigeführt worden ist.
In der Praxis wird der Wert des Tastersignals im Umkehrpunkt in der Regel an einer nicht vorteilhaften Stelle innerhalb des Meßbereichs, das heißt, des Bewegungsweges der Tasternadel bezüglich des Tasterkörpers liegen. Daher verstellt man den Tasterkörper nochmals derart, daß der Wert des Tasterausgangssignals im Umkehrpunkt an einer passenden Stelle zu liegen kommt.
Meßinstrumente der hier beschriebenen Art können Verstelleinrichtungen für den X-Y-Koordinatentisch bekannter Ausführung haben, z.B. Parallelendmaße oder Mikrometerköpfe. Die Einstellschraube kann auch mit Verbindung mit einem Analogoder Digitalmeßwertgeber verbunden sein.
Durch Einstellung des Tasters in eine vorgegebene Lage bezüglich des Bezugskörpers ist es möglich, den Radialabstand dadurch zu bestimmen, daß der Bezugskörper sehr genau zur Bezugsachse zentriert werden kann. Der gewählte Abstand, um den der Koordinatentisch bewegt wird, muß selbstverständlich den bekannten Radius des Bezugskörpers berücksichtigen, wenn dieselbe gekrümmte Fläche des Bezugskörpers verwendet wird, um die vorgegebene Lage für den Taster einzustellen.
Das Verfahren kann auch mit einem geschlossenen, halbzylinderförmigen Bezugskörper durchgeführt werden, dessen Kurvenfläche zur Bezugsachse zentriert wird, wobei der Taster auf der gekrümmten Zylinderfläche aufliegt und bis zur Berührungskante mit der ebenen Fläche des Bezugskörpers geführt wird, bevor die Einstellung vorgenommen wird, um den Taster mit dem Bezugskörper in der vorgegebenen Lage zur Berührung zu bringen. Unter der Voraussetzung, daß der Berührungsmittelpunkt der Mantelfläche des Halbzylinders in der ebenen Fläche des Körpers liegt, stellt die gesamte Bewegung, die mit dem Stellmechanismus ausgeführt werden muß, um den Taster von einer Lage in Berührung mit der ebenen Fläche des Bezugskörpers, der auf der Bezugsachse zentriert ist, in eine Lage zu bringen, in der er in der vorgegebenen Lage in Berührung mit der ebenen Fläche ist, die gesamte Radialbewegung des Tasters dar.
Wenn vorzugsweise die eingangs beschriebene Meßvorrichtung eine Einrichtung aufweist, um das Ausgangssignal des Tasters auf einem Koordinatenpapier darzustellen, dann bewirken weitere Einstellungen, daß die Aufzeichnungsfeder in eine bestimmte Stellung bewegt wird. Die Darstellung auf dem Aufzeichnungspapier läßt das Minimum im Wert des Tasterausgangssignals für die Bedienungsperson leicht erkennen, so daß die Stellung des Tasters dann so gewählt werden kann, daß dieses Minimum auf einer bestimmten ausgewählten Stelle des Aufzeichnungsstreifens liegt.
Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es lediglich erforderlich, einen einzigen, genau bearbeiteten Bezugskörper für die Radius-Meßvorrichtung vorzusehen, anstelle einer ganzen Serie solcher Bezugskörper, wie es bisher der Fall war.
Es sei darauf hingewiesen, daß die durch die Erfindung gelöste Aufgabe (nämlich die Verminderung der Anzahl von Bezugskörpern, die zum Kalibrieren erforderlich sind) nicht einfach dadurch beherrscht werden kann, daß man Einstellmittel für den Taster vorsieht und dann genau den Verschiebungsweg des Tasters mißt, den er aus einer Position, in der seine Nadel an dem Bezugskörper anliegt, in eine nachfolgende Position durchführt, in der seine Nadel das zu messende Werkstück berührt. Eine solche Lösung wäre nur dann möglich, wenn man sicherstellen kann, daß die Verschiebungsrichtung des Tasters exakt radial zur Bezugsachse verläuft. Demgegenüber ist es bei dem Verfahren nach der Erfindung nicht erforderlich, dafür zu sorgen, daß eine bestimmte Verstellrichtung eingehalten wird, da aufgrund des anfänglichen Zentrierens des Bezugskörpers jede nachfolgende Verschiebung des Tisches automatisch zu einer radialen Verschiebung des Bezugskörpers führt. Nach der Verschiebung des Bezugskörpers wird die radiale Ausrichtung der Tasternadel auf die Bezugsachse ohne weiteres durch den Umkehrpunkt des Taster- Ausgangssignals bestimmt.
Statt einer genauen Zentrierung des Bezugskörpers kann dieser auch nur grob zentriert werden, wenn ein elektronischer Computer eingesetzt wird, der den Radius aus den kleinsten Quadraten des Bezugskreises vom Ausgangssignal des Tasters berechnet, wenn der Taster um den nur grob zentrierten Bezugskörper herumgeführt wird. Diese Information wird dann gespeichert und zur Verschiebung des Werktisches bei der radialen Einstellung des Tasters addiert bzw. von dieser subtrahiert.
Um die Verschiebung des Tasterausgangs unmittelbar zu beobachten und damit den Drehpunkt zu bestimmen, können elektronische Fühler oder dergleichen verwendet werden.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf ein bekanntes Meßinstrument zur Feststellung der Rundheit;
Fig. 2 eine Seitenansicht des Instrumentes aus Fig. 1 mit einem abweichend gestalteten Tasterträger;
Fig. 3 eine Schemazeichnung, an der der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung von Bezugskörpern mit halbzylindrischer Gestalt dargestellt wird;
Fig. 4 eine Schemazeichnung zur Darstellung des Ablaufs des Verfahrens bei Verwendung von vollzylindrischen Bezugskörpern.
In Fig. 1 ist eine Meßvorrichtung zur Messung der Rundheit von Körpern dargestellt, mit einer Bank 1, die einen drehbaren Tragtisch 2 a trägt, auf dem wiederum ein Tisch 2 b befestigt ist, der in X-Y-Koordinatenrichtung verstellbar ist. Der X-Y-Koordinatentisch 2 b trägt eine nicht speziell dargestellte Einspannvorrichtung für Werkstücke 4 bzw. 5 in den Fig. 1 und 2. Der Tragtisch 2 a kann um die Achse A-A gedreht werden, die die Bezugsachse der Meßeinrichtung darstellt, der Tragtisch 2 a ist über eine begrenzte Strecke in zwei zueinander senkrechten Richtungen mit Hilfe von Drehknöpfen 14 a und 15 a verstellbar. Der X-Y-Koordinatentisch ist über einen größeren Bereich verschiebbar, wobei seine Bewegung dann durch geeignete Linearmeßanzeigevorrichtungen (nicht gezeigt) abgelesen werden können, wobei zur Verstellung die Einstellknöpfe 14 b und 15 b dienen.
Außerdem trägt die Bank 1 eine senkrechte Säule 3 mit einem vertikal verstellbaren Schlitten 12, an dem ein im wesentlichen horizontal verlaufender Tastertragarm 8 sitzt mit einer Klemme 7 an seinem freien Ende, von der ein Taster 6 mit einer Tastnadelspitze 11 absteht. Die Klemme 7 kann in eine von zwei Richtungen eingestellt werden, so daß der Taster 6 entweder horizontal wie in Fig. 1 oder vertikal wie in Fig. 2 steht. Die Anordnung nach Fig. 1 ist vorzugsweise für das Abtasten von Außenflächen zylindrischer Körper, die Anordnung gemäß Fig. 2 vorzugsweise für Messung und Abtastung von Innenflächen hohlzylindrischer Körper geeignet.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Bezugskörper von halbzylindrischer Gestalt 16 auf den X-Y- Koordinatentisch 2 b aufgesetzt, und die Tastnadelspitze 11 des Tasters 6 wird auf die gekrümmte Fläche des Bezugskörpers aufgesetzt. Der Tisch wird dann um die Bezugsachse A-A gedreht, und mit Hilfe der Stellknöpfe 14 a, 15 a werden Einstellungen vorgenommen, um den Bezugskörper bezüglich der Achse A-A zu zentrieren, d.h. seine seitliche Lage einzustellen in die Ebene des Tisches 2, bis der Ausgangswert des Tasters 6 konstant oder nahezu konstant bleibt. Wenn das Tasterausgangssignal auf einem Registrierstreifen mit linearer Teilung dargestellt wird, ergibt er in diesem Fall eine Gerade, bei Darstellung in Polarkoordinaten müßte ein Halbkreis entstehen konzentrisch zu einem der auf dem Registrierpapier vorgedruckten Kreise. Ist der Bezugskörper dann zur Bezugsachse A-A zentriert, können zur Fortführung des Verfahrens wahlweise zwei Schritte durchgeführt werden. Diese zwei Schritte sind in den Fig. 3 und 4 dargestellt. In der Fig. 3 wird die Tastnadelspitze 11 aus ihrer Anfangsstellung, in der sie an der gekrümmten Fläche des Bezugskörpers 16 anliegt, herausbewegt, und der Bezugskörper 16 wird auf geradliniger Bahn durch Betätigen des Stellknopfes 14 b in Radialrichtung bezüglich der Bezugsachse der Meßeinrichtung ebenfalls verschoben. Die benötigte Verstellung des Stellmechanismus durch den Drehknopf 14 b wird aufgezeichnet (Anfangs- und Endstellungen), und die Tastnadelspitze 11 wird mit der ebenen Fläche des Bezugskörpers 16 in Berührung gebracht.
Der Tragtisch 2 a wird dann über einen begrenzten Bereich zu beiden Seiten der Mittelstellung in einer Schwenkbewegung bewegt, wobei die Ausgangssignale des Tasters 6 aufgezeichnet werden. Wenn die Tastnadelspitze 11 den Punkt in der ebenen Fläche des Bezugskörpers 16 überfährt, in dem der Krümmungsmittelpunkt der gekrümmten Fläche liegt, erreicht das Ausgangssignal einen Umkehrpunkt. Wenn der Körper gemäß der Darstellung in Fig. 3 von einer mit gestrichelten Linien dargestellten Stellung in die voll ausgezogene Stellung verschoben wurde, dann erzeugt der Taster 11 ein Minimum am Umkehrpunkt, wenn der Körper durch die Mittelstellung gedreht wird. Die Radialstellung des Tasters 6 wird solange eingestellt, bis der Umkehrpunkt durch relative Winkelverdrehung über einen bestimmten Bereich an einer bestimmten Registrierstreifenstellung liegt (bei Verwendung eines Bezugskörpers von halbzylindrischer Gestalt ist die einzige Forderung beim Zentrieren auf der gekrümmten Fläche, daß das Ausgangssignal praktisch konstant ist). Es ist nicht erforderlich, das Ausgangssignal des Aufzeichnungsgerätes an eine bestimmte Lage auf dem Registrierstreifen zu legen. Der Bezugskörper wird dann ohne Veränderung der Radialstellung des Tasters 6 oder der elektrischen Einstellung des Tasterausgangssignals, wenn eine solche vorhanden ist, weggenommen und ein Prüfkörper auf den Tisch 2 aufgesetzt, der dann in bekannter Weise zentriert wird. Das Zentrieren kann mit Hilfe der Einstellknöpfe 14 a und 15 a des Drehtisches 2 a erfolgen, bis das Ausgangssignal des Tasters 6 im wesentlichen während eines gesamten Umlaufs des Tasters um den Prüfkörper konstant ist.
Das beschriebene Verfahren eignet sich für das Einstellen der Meßvorrichtung zum Messen von Innenradien. Zur Bestimmung des Radius eines konvexen Körpers ist es lediglich nötig, den Bezugskörper in der entgegengesetzten Richtung zu verstellen als Fig. 3. Das Ausgangssignal des Tasters 6 wird unter diesen Verhältnissen dann einen Wendepunkt in der entgegengesetzten Richtung erzeugen.
Es ist auch möglich, statt des halbzylindrisch gestalteten Bezugskörpers einen zylindrischen Bezugskörper zu verwenden bei im wesentlichen demselben Verfahren. Dies hat Vorteile darin, daß zylindrische Bezugskörper leichter hergestellt werden können als Bezugskörper mit halbzylindrischer Gestalt. Fig. 4 läßt erkennen, daß der Bezugskörper zunächst auf der Achse A-A mit Hilfe der Abtastnadelspitze 11 des Tasters 6 auf dessen Oberfläche zentriert und dann um die Strecke R verschoben wird, die der erforderlichen Einstellung entspricht, wobei der Durchmesser des Bezugskörpers berücksichtigt wird, die Tastnadelspitze wird dann erneut mit der Oberfläche des Bezugskörpers in Kontakt gebracht und weitere Einstellungen am Taster vorgenommen, so daß die Stellung des Zeichenstiftes auf dem Aufzeichnungsstreifen beim Umkehrpunkt des Tasterausgangssignals auf einem geeigneten Wert liegt.
Die Durchführung des Verfahrens mit einem Bezugskörper von halbzylindrischer Gestalt hat den Vorteil, daß es nicht nötig ist, den Radius des Bezugskörpers zu kennen; es besteht nur die geometrische Forderung, daß die gekrümmte Fläche hinreichend genau ist und sich die Krümmungsachse in der ebenen Fläche befindet.

Claims

1. Verfahren zum Einstellen einer Radius-Meßvorrichtung mit

- einem Tragtisch und einem Taster, die relativ zueinander um eine Bezugsachse drehbar sind, wobei sich das Ausgangssignal des Tasters als Funktion des radial zur Bezugsachse liegenden Abstandes zwischen der Tasternadel und dem Tasterkörper ändert,

- einem X-Y-Koordinatentisch, der auf dem Tragtisch angeordnet ist und Meßeinrichtungen zur Messung seines Verschiebungsweges aufweist,

- und Einstelleinrichtungen zum Einstellen der Lage des Tragtisches relativ zur Bezugsachse,

wobei auf den X-Y-Koordinatentisch ein Bezugskörper mit einer mindestens teilzylindrischen Fläche aufgesetzt und auf die Bezugsachse dadurch zentriert wird, daß man den Tragtisch und den Taster relativ zueinander dreht, um die Tasternadel über die zylindrische Fläche des Bezugskörpers zu führen, und die Einstelleinrichtungen solange verstellt, bis das Ausgangssignal des Tasters im wesentlichen konstant ist, dadurch gekennzeichnet, daß

- der X-Y-Koordinatentisch verstellt wird, um den Bezugskörper aus seiner zentrierten Lage um eine vorgegebene Strecke radial zur Bezugsachse zu verschieben,

- die Radiallage des Tasterkörpers relativ zur Bezugsachse solange verstellt wird, bis die Tasternadel die Fläche des Bezugskörpers wieder berührt,

- der Taster und der Tragtisch relativ zueinander gedreht werden, um die Tasternadel auf der Fläche des Bezugskörpers zu verschieben und dadurch einen Umkehrpunkt des Ausgangssignals des Tasters zu bestimmen,

- und die Radiallage des Tasterkörpers unter Fortsetzung der Relativdrehung zwischen dem Taster und dem Tragtisch weiter verstellt wird, um den Wert des Ausgangssignals am Umkehrpunkt auf einen geeigneten Wert einzustellen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugskörper eine geschlossene halbzylindrische Fläche aufweist und wahlweise derart radial verstellt wird, daß die Tasternadel mit seiner gekrümmten Fläche oder mit seiner ebenen Fläche in Berührung gebracht werden kann.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß statt genauer Zentrierung des Bezugskörpers das Ausgangssignal des Tasters einem Computer eingegeben wird, der den Radius des Bezugskreises der kleinsten Quadrate berechnet und diesen Wert für die Bestimmung der Gesamtverschiebung des Tasters speichert.