DE2537328C2

DE2537328C2 - Meßeinrichtung und Verfahren zum Bestimmen des Krümmungsradius der gekrümmten Fläche eines Prüflings oder des Abstandes zwischen zwei Flächen

Info

Publication number: DE2537328C2
Application number: DE2537328A
Authority: DE
Inventors: Graham John Keyworth Nottingham Siddall
Original assignee: Rank Organization Ltd
Current assignee: Rank Taylor Hobson Ltd
Priority date: 1974-08-21
Filing date: 1975-08-21
Publication date: 1987-03-12
Also published as: DD120540A5; DE2537328A1; JPS5146153A; GB1477508A; US4070762A; FR2282618A1; FR2282618B1; IT1041589B

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung sowie Verfahren gemäß dem jeweiligen Oberbegriff der Patentansprüche.
Bekannte Rundheitsmeßvorrichtungen haben einen Arbeitstisch für den Prüfling, auf dem dieser aufgespannt oder in sonstiger Weise befestigt werden kann, und der in zwei in der Ebene des Tisches senkrecht aufeinander stehenden Richtungen einstellbar ist, sowie einen Aufnahmetaster, der von einem Tasterträger gehalten wird und dadurch relativ zum Aufspanntisch gedreht werden kann. Die Tasterhalterung kann mit der Spindel, um die sie schwenkbar ist, mit Hilfe eines sich radial erstreckenden Arms verbunden sein, so daß sie um den Prüfling herum verschoben werden kann, während sie relativ zum Bett des Instruments fest ist, oder der Tisch kann gedreht werden, während die Tasterbefestigung bezüglich des Instrumentenbettes fest stehen bleibt. Bei einer anderen Ausführung einer derartigen Meßvorrichtung ist die Tastertraganordnung vom Aufspanntisch für den Prüfling getrennt und weist eine aufrechtstehende Säule auf, deren Achse genau parallel zur Drehachse des Werkstück-Aufspanntisches verläuft, während ein Arm, der sich quer zur Säule erstreckt, in axialer Richtung der Säule verschiebbar und in Längsrichtung seiner eigenen Achse bewegbar ist, so daß der Taster vom Aufspanntisch weg oder zu ihm hin verschoben werden kann.
Bei der Verwendung einer derartigen Meßvorrichtung wird das Werkstück, dessen Oberfläche abgetastet werden soll, auf dem Aufspanntisch fest aufgespannt. Der Tisch wird dann durch Verschieben entlang der zwei aufeinander senkrecht stehenden Richtungen in der Ebene des Tisches eingestellt, wobei diese Richtungen genau rechtwinklig zur Drehachse des Tisches verlaufen, womit der Krümmungsmittelpunkt der gekrümmten Fläche des Werkstückes, die abgetastet werden soll, so nah wie möglich an die Drehachse des Tisches herangebracht und möglichst in diese hinein verlagert wird. Der Taster wird dann derart in seine Betriebsstellung eingestellt, daß der radial verlaufende Arm an der Tragsäule solange verschoben wird, bis die Tastspitze die Oberfläche des Prüflings an einer geeigneten Stelle berührt, so daß danach eine Verschiebung in der einen oder anderen Radialrichtung erfolgen kann während des Abtastens der Oberfläche des Prüflings, indem der Aufspanntisch um seine Achse gedreht wird.
Es versteht sich, daß die Drehachse des Aufspanntisches die Achse der relativen Drehung zwischen Werkstück und Taster darstellt, so daß aus diesem Grunde der Aufspanntisch so ausgerichtet sein muß, daß der Krümmungsmittelpunkt des Prüflings so nah wie möglich an die Drehachse des Aufspanntisches herankommt, so daß dann die Auslenkungen der Tastspitze möglichst auf die Bewegungen beschränkt sind, die auf die Unrundheit infolge Bearbeitung oder Gestaltung der Prüflingsoberfläche zurückzuführen sind und nicht auf die Exzentrität der Befestigung des Prüflings gegenüber der Drehachse.
Da der Taster ein sehr hohes Auflösungsvermögen haben muß, ist der Verschiebungsbereich, über den er exakte Anzeigesignale zu geben vermag, stark begrenzt, und die vom Taster abgegebenen Signale stellen nur Abweichungen in der Oberfläche des Prüflings von einer Bezugslinie dar, die der Idealform des Prüflings entspricht. Der um mehrere Größenordnungen größere Radius des Prüflings wird dagegen nicht gemessen.
In einigen Anwendungsfällen ist es aber erforderlich, außer den Schwankungen und Unebenheiten in der Oberflächengestaltung auch noch den Radius des Prüflings selbst festzustellen, z. B. um zu ermitteln, in welchem Maße eine folgende Oberflächenbehandlung noch möglich ist, um Formfehler oder Oberflächenmißgestaltungen zu korrigieren, ohne daß die zulässigen Fertigungstoleranzen überschritten werden, innerhalb derer der Prüfling liegen muß.
Aus der FR-PS 15 64 095 ist eine Einrichtung zum Messen von Rundungsfehlern bekannt, bei der ein Taster zur Feststellung der Formabweichungen einer genau zentrierten Kugel verwendet wird. Der Taster ist auf einem durch Schrauben verstellbaren Arm montiert, und weitere Schrauben ermöglichen eine Feineinstellung seiner Position. Da die Bewegungen der Schrauben nicht gemessen werden, ist die Position des Tasters nicht genau definierbar.
Aus der FR-PS 14 67 859 ist eine Rundheitsmeßvorrichtung mit einem Taster bekannt, der mit sich kreuzenden Federbändern auf einem verschiebbaren Schlitten angeordnet ist. Die Bewegungen des Schlittens werden nicht gemessen. Bei dieser bekannten Vorrichtung entfällt jedoch das Erfordernis einer genauen Zentrierung.
Aus der DE-OS 23 57 837 ist eine Meßvorrichtung zur Ausmessung der Abmaße mechanischer Werkstücke mit einem an einem Schlitten sitzenden Taster bekannt. Der Schlitten ist durch ein automatisches Servosystem verschiebbar, das einen Positionsmelder aufweist. Der Servosystem stellt den Schlitten auf eine Skalenmarkierung ein, die so gewählt wird, daß der Taster das zu vermessende Werkstück berührt und sich dabei innerhalb seines Meßbereichs befindet. Diese bekannte Meßeinrichtung dient nicht zur Messung von Rundheitsfehlern.
Mit keiner der erwähnten bekannten Vorrichtungen sind Absolutmessungen des mittleren Radius einer gekrümmten Fläche möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zum Bestimmen des Flächenkrümmungsradius und/oder des Abstandes zwischen zwei Flächen geeignete Meßeinrichtung bzw. entsprechende Verfahren zu schaffen, bei denen keine genaue Zentrierung des Prüflings oder eines Bezugskörpers notwendig ist.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche gelöst.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß man das Absolutmaß des mittleren Radius einer gekrümmten Fläche von weniger als 360° bestimmen und außerdem Längenmessungen durchführen kann.
Ferner entfällt der Zwang, einen Bezugskörper oder den Prüfling genau in bezug auf den Taster zu zentrieren, weshalb u. a. Bezugskörper verwendet werden können, die selbst keine perfekt kreisförmige Oberfläche haben. Beispielsweise könnte ein rechteckiger Bezugskörper mit genau definiertem Abstand zwischen seinen parallelen Flächen verwendet werden, der billiger herzustellen und vielfältiger anwendbar ist als zylindrische Bezugskörper. Rechteckige Bezugskörper können auch zur Bestimmung des Innenradius eines Hohlkörpers verwendet werden, wobei auf die beiden Flächen eines Bezugskörpers zwei weitere Bezugskörper seitlich verschoben aufgesetzt werden, die dann abgetastet werden können.
Der Bezugskörper muß seiner Größe nach nicht mit den Nennmaßen des Werkstücks übereinstimmen.
An den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 und 2 Ansichten eines Rundheitsmeßinstruments bekannter Art;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Meßeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 4 ein Teil eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung in perspektivischer Darstellung;
Fig. 5 eine schematisierte Seitenansicht der Ausführungsform nach Fig. 4;
Fig. 6a und 6b Schemadiagramme zur Darstellung der Arbeitsweise und des Meßergebnisses bei einem Verfahren nach der Erfindung;
Fig. 7 ein Blockdiagramm, welches ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergibt; und
Fig. 8a bis 8d Schemadarstellungen zur Erläuterung des Verfahrensablaufs gemäß der Erfindung.
Die Fig. 1 und 2 stellen ein bekanntes Rundheitsmeßinstrument dar, zu welchem ein Bett 1 gehört, auf dem drehbar ein Werkstückaufspanntisch 2 getragen wird, der in der Fig. 1 ein vollzylindrisches Werkstück 4 und in der Fig. 2 ein hohlzylindrisches Werkstück 5 trägt.
Auf dem Bett steht weiterhin senkrecht nach oben eine Tragsäule 3, an der ein Schlitten 12 gleitbar verfahren werden kann, von dem seinerseits ein Tasterträger 8 absteht, an dessen äußerem Ende ein Winkelträger 7 sitzt, der den Taster 6 trägt. Der Träger 7 kann in eine von zwei Orientierungsrichtungen verdreht werden, nämlich die Orientierungsrichtung in der Fig. 1, in welcher die Tastspitze 11 des Tasters 6 praktisch waagrecht absteht, womit ein Werkstück wie das Werkstück 4 in Fig. 1 berührt werden kann, oder in der in Fig. 2 dargestellten Orientierungsrichtung, in welcher die Tastspitze 11 praktisch vertikal nach unten zeigt, so daß sie in der Lage ist, die gekrümmte Innenfläche eines hohlzylinderförmigen Prüflings wie des Werkstücks 5 in Fig. 2 zu berühren. Ein Stellknopf 9 am Trägerschlitten 12 dient zur Einstellung des Tasterträgers 8 in seiner Längsdimension und damit des Tasters in Richtung auf das Werkstück zu und von ihm weg.
Der Werkstückaufspanntisch 2 ist um eine feste Bezugsachse, die mit A-A in Fig. 2 bezeichnet ist, drehbar und weist eine obere Platte 16 auf, die eben und in ihrer Ebene in zwei Orthogonalrichtungen mit Hilfe der Stellknöpfe 14 und 15 einstellbar ist, so daß damit das Werkstück bezüglich der Bezugsachse A-A derart zentriert werden kann, daß die Krümmungsachse seiner zu messenden Flächen so gut wie möglich mit der Bezugsachse A-A zusammenfällt.
Die Fig. 3 zeigt nun ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem der Trägerschlitten 12 einen Verschiebungsumsetzer 24 mit Linear-Raster aufweist, der, wie Fig. 5 erkennen läßt, einen Stößel 23 aufweist, während der in Längsrichtung verstellbare Tasterträger 8 einen einstellbaren Anschlag 19 besitzt, der auf dem Tasterträger 8 in Längsrichtung verschiebbar ist und an jeder beliebigen Stelle mit Hilfe einer Feststellschraube 21 festgesetzt werden kann. Der Tasterträger 8 sitzt in Lagern 18 und ist mit dem Stellknopf 9 über ein gestrichelt dargestelltes Zahnradgetriebesystem verbunden, so daß er in der mit Doppelpfeil 10 angedeuteten Richtung hin und her verschoben werden kann, womit der Taster 6 mit seiner Tastspitze 11 entweder mit der Oberfläche des Werkstücks in Berührung gebracht oder von ihr abgezogen wird. Bei der Darstellung der Fig. 3 ist die Tastspitze 11 waagrecht angeordnet, so daß sie an der Außenfläche eines Werkstücks zur Anlage kommen kann.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 4 ist der Träger 7 am Ende des Tasterträgers 8 so gestaltet, daß die Tastspitze 11 parallel zur Tragsäule 3 verläuft, in einer Stellung also, die sie für die Anlage an einer konkav gekrümmten Fläche eines hohlen Werkstücks geeignet macht, wie dies in Fig. 5 bei einem Werkstück auf dem Auspanntisch 2 dargestellt ist. Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel ist der Tasterträger 8 in zusätzlich vorhandenen Lagern 17 im Trägerschlitten 12 gelagert und in gleicher Weise mit dem Stellknopf 9 verbunden. Der ebenfalls auf dem Tastenträger 8 durch Verschieben einstellbare Anschlag 20 ist etwas anders geformt als der Anschlag 19 des Ausführungsbeispiels in Fig. 3, damit er mit dem Stößel 23 des Linearverschiebungsumsetzers 24 in Berührung kommen kann, welcher im Trägerschlitten 12 an derselben Stelle sitzt wie beim Ausführungsbeispiel in der Fig. 3. Der Umsetzer 24 liegt in beiden Fällen genau auf der Radiallinie X-X, die die Bezugsachse A-A schneidet, und auf dem auch der Berührungspunkt zwischen Taststift oder Tastspitze 11 und Werkstück liegt. Durch diese Konstruktion wird erreicht, daß die Meßgenauigkeit des Verschiebungsumsetzers 24 verbessert ist.
Wie in Fig. 5 gezeigt, sind die beweglichen Teile des Umsetzers 24 in Kugelführungen 27 gelagert, so daß ihre Bewegung so unbehindert wie möglich ist. Der in Fig. 5 gezeigte Wandler ist ein Linear-Raster-Umsetzer mit einer linearen Rasterung 25, die unmittelbar auf einem Rahmen 26 befestigt ist, der zwischen zwei geradlinigen Kugelführungen 27 läuft.
Der unmittelbare Kontakt zwischen Anschlag 19 in Fig. 3 bzw. 20 in Fig. 4 und Stößel 23 des Umsetzers 24 wird durch einen Magneten 22 sichergestellt, der unmittelbar auf den Stößel 23 wirkt, falls dies ein ferromagnetisches Teil ist, oder auf ein in den Stößel 23 eingesetztes ferromagnetisches Element. Die magnetische Verbindung zwischen Anschlag 19 bzw. 20 und Stößel 23 des Wandlers 24 stellt sicher, daß nur die Verschiebungskräfte in der erforderlichen Richtung auf den Wandler 24 übertragen werden und zwischen Stößel und Anschlag stets Berührung vorhanden ist, wobei es andererseits ein leichtes ist, beim Austausch eines Prüflings oder Werkstücks gegen ein anderes die Verbindung zu lösen oder den Tasterträger aus der einen Lageanordnung herauszuziehen und in die andere einzusetzen und dabei den Anschlag auszuwechseln.
Es wird jetzt ein einfaches Verfahrensbeispiel wiedergegeben, wie die vorstehend beschriebene Meßvorrichtung eingesetzt werden kann. Ein kreiszylindrischer Bezugskörper, wie etwa ein Dornring oder ein sonstiger zylindrischer Standardkörper wird auf dem Tisch 2 aufgespannt, und der Anschlag 20 wird so eingestellt, daß der Umsetzer 24 etwa in einer Mittelstellung steht. Dabei wird die Feststellschraube 21 dann fest angezogen. Daraufhin werden die Einstellungen mit Hilfe der Stellknöpfe 14 und 15 vorgenommen, um den Bezugskörper hinsichtlich der Achse A-A zu zentrieren, während die Einstellungen in radialer Richtung des Tasters 6 mit Hilfe des Stellknopfes 9 vorgenommen werden, wenn nötig. Die Wiedergabe des Umsetzers 24 wird dann so eingestellt, daß sie dem bekannten Radius des Bezugskörpers entspricht, und daraufhin wird der Bezugskörper vom Aufspanntisch abgenommen und der Prüfling aufgesetzt, dessen Radius bestimmt werden soll. Der Aufspanntisch 2 wird erneut mittels der Stellknöpfe 14 und 15 so eingestellt, daß der Prüfling in bezug auf die Achse A-A zentriert ist, und der Taststift 11 des Tasters 6 wird dann mit der Oberfläche des Prüflings in Berührung gebracht. Die Aufzeichnung des Umsetzers 24 gibt dann eine Darstellung des Radius des Prüflings. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, bei dem der Umsetzer 24 eine lineare Rasterumsetzung durchführt, können die Quadratursignale, die vom Umsetzer-Fotokopf erhalten werden, in einen Auf/ Abzähler eingeführt werden mit Digitalanzeige, der die Möglichkeit zur Änderung der Bezugsgröße hat, um die gewünschte Auslesung zu erhalten. Die dazu erforderlichen elektronischen und schaltungstechnischen Elemente sind dem Fachmann bekannt und werden deshalb nicht im einzelnen beschrieben. Die gemessene radiale Stellung hängt sowohl von der der subjektiven Abschätzung unterliegenden Genauigkeit der Zentrierung des Körpers als auch davon ab, an welchem Punkt die Oberfläche abgetastet wird, wenn dieser nicht perfekt rund ist, und hierdurch sind die größten Ungenauigkeiten der Vorrichtung gegeben.
Eine andere Anwendungsform der Meßeinrichtung, die nicht der subjektiven Feststellung der Form des Prüflings bedarf, jedoch weitere elektronische Hilfsmittel benötigt, wird nachstehend beschrieben. Um dieses Verfahren deutlich zu machen, wird auf die Fig. 6a und 6b Bezug genommen, die eine Polar- Koordinatendarstellung der Tastersignale wiedergeben, wobei im Falle der Fig. 6a ein kreiszylinderförmiger Prüfling und in der Fig. 6b ein Prüfling mit halbkreiszylindrischer Oberfläche untersucht worden sind. In beiden Fällen ist der Mittelpunkt des Diagramms mit C&sub1; bezeichnet und der Innenradius mit S&sub1;, der dem unterdrückten Radius L des Prüflings entspricht. Der tatsächliche Radius des Prüflings ist R und kann berechnet werden. &udf53;vu10&udf54;°KR°k = °KL°k + @W:°KçR°k:°KM°k&udf54;@,(1)&udf53;zl10&udf54;
Darin bedeutet &wedgeq; den Radius eines best angepaßten Kreises, bekannt als der Kreis der kleinsten Quadrate, der erhalten wird aus den Abtastsignalen, die durch r (R) dargestellt sind, d. h. den Wert des Abtastsignals bei der Winkelstellung R in bezug auf eine feste Bezugsstellung, während M ein Multiplikationsfaktor der Anordnung ist.
Für einen kreiszylinderförmigen Prüfling gemäß Fig. 6a ist &udf53;vu10&udf54;&udf53;vz4&udf54; &udf53;vu10&udf54;während für einen kreisbogenförmigen Prüfling gemäß Fig. 6b der Radius &wedgeq; folgenden Wert hat °=c:50&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz4&udf54; &udf53;vu10&udf54;Darin sind &wedgeq; und &wedgeq; berechenbare Funktionen von f (R), R&sub1; und R&sub2;.
Wenn die Integrationsgrenzen symmetrisch zum Mittelpunkt eines Bogens liegen, ergibt sich für &wedgeq; die Gleichung °=c:50&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz4&udf54; &udf53;vu10&udf54;worin &udf53;vu10&udf54;&udf57;V&udf56; = @W:1:2&udf54; (&udf57;V&udf56;Ê^&udf57;V&udf56;É)@,(5)&udf53;zl10&udf54;Um den Wert des Parameters &wedgeq; zu berechnen, ist es erforderlich, eine absolute Winkelbeziehung der Relativlage zwischen Prüfling und Taster zu schaffen. Mit einer derartigen Beziehung ist es dann zur Bestimmung des Radius eines Prüflings nur noch erforderlich, zuerst einen Bezugskörper auf dem Aufspanntisch 2 anzuordnen, die Stellknöpfe 14 und 15 zu bedienen, um sicherzustellen, daß sich die gesamte Verschiebung des Tasters 6 über die abgetastete Fläche des Prüflings im Bewegungsbereich des Tasters befindet, und die Anschläge 19 und 20 einzustellen, um den Umsetzer 24 in eine Mittelstellung zu bewegen. Der Wert von &wedgeq; des Bezugskörpers kann dann durch Überfahren von dessen gesamter Oberfläche bestimmt werden, woraufhin der Bezugskörper durch den Prüfling ersetzt wird und durch dessen ungefähre Zentrierung sichergestellt wird, daß die Tastspitze während des gesamten Abtastvorgangs innerhalb des möglichen Bewegungsbereiches bleibt. Der Wert &wedgeq; des Prüflings wird dann durch ein Umfahren der gesamten Oberfläche des Prüflings mit der Tastspitze bestimmt. Unter Verwendung des Kennzeichnungsbuchstabens s für den Bezugskörper und c für den Prüfling ergibt sich °=c:30&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz2&udf54; &udf53;vu10&udf54;und für den Prüfling °=c:30&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz2&udf54; &udf53;vu10&udf54;so daß °=c:30&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz2&udf54; &udf53;vu10&udf54;
Aus dieser Gleichung kann R _c berechnet werden, da R _s der bekannte Radius des Bezugskörpers ist, (L _c-L _s) die Veränderung im Ausgangswert des Umsetzers 24 zwischen Bezugskörper und Prüfling ist, &wedgeq; _c und &wedgeq; _s aus der Abtastung durch die Tastspitze 11 gewonnen und M bekannt ist. Es ist in diesem Verfahren nicht erforderlich, den Bezugskörper und den Prüfling exakt zu zentrieren.
Fig. 7 zeigt in Blockdiagrammform eine Schaltung zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens. In dieser Vorrichtung gibt der Umsetzer 24 seinen Ausgangswert auf einen Vorverstärker 30, dessen Ausgangswert dann auf eine Interpolationseinrichtung 31 und von dort auf einen Zähler 32 kommt, der aufwärts zählt, wenn die vom Umsetzer 24 ankommenden Impulse sich in einer ersten Richtung bewegen, und abwärts, wenn sich die ankommenden Impulse vom Umsetzer 24 in der entgegengesetzten Richtung bewegen. Der Taster 6 gibt Signale an einen Oszillator 33, dessen Ausgang auf einen Verstärker 34 und dann über einen Demodulator 35 auf einen Analog-Digital-Wandler 36 gegeben werden, von wo aus sie einer Recheneinheit 37 zugeführt werden, die mit den Ausgangssignalen vom Zähler 32 und außerdem mit den Signalen von einem Positionsregister 38 gespeist wird, die von einem Verstärker 39 Signale von einer Kodiervorrichtung 40 oder einem Winkelumsetzer erhält und Signale erzeugt, die die relative Winkellage zwischen Aufspanntisch 2 und Taster 6 darstellen. Die Recheneinheit arbeitet in bekannter Weise und erzeugt Ausgangssignale entsprechend den oben angegebenen Gleichungen, um ein Anzeigesignal hervorzurufen, welches den Radius des Prüflings angibt und in einer Anzeigevorrichtung 41 dargestellt werden kann. Ein Bezugsänderungs-Steuerkreis 42 erzeugt die erforderlichen Eingangssignale, um die Anzeige-Ausgangssignale mit dem entsprechenden Maßstab zu versehen.
Eine weitere Vereinfachung, die möglich ist, ergibt sich durch die Anwendung von Bezugsblöcken mit parallelen Flächen anstelle kreiszylinderförmiger Bezugskörper. Wenn ein solcher Parallelblock verwendet wird, kann das Instrument in einfacherer Weise eingestellt werden. Fig. 8 zeigt die bei Verwendung der abgeänderten Methode erforderlichen Verfahrensschritte.
In Fig. 8a ist gezeigt, daß der Aufspanntisch 2 einen rechteckigen Parallelblock 43 trägt, an dessen einen Fläche E die Tastspitze 11 anliegt. Deren Abtastsignal wird aufgezeichnet und der Aufspanntisch 2 um einen kleinen Winkel nach beiden Seiten aus der in Fig. 8a gezeigten Stellung gedreht, um den Punkt zu ermitteln, in dem das Tastsignal wie in Fig. 8c ein Minimum ist, was anzeigt, daß die Achse des Parallelblockes parallel zur Radiallinie X-X (Fig. 3) verläuft. Die Verstärkung der Meßeinrichtung wird auf einen Wert festgelegt, der eine geeignete Auflösung für den Umkehrpunkt ergibt, und wenn dann die Vorrichtung auf den Umkehrpunkt eingestellt ist und der Aufspanntisch festgesetzt ist, dann wird die Verstärkung so eingestellt, wie die Radiusmessung normalerweise durchgeführt wird, und die Abtastsignale werden aufgezeichnet. Die Schritte werden auf dem entgegengesetzten Ende des Parallelblockes wiederholt, woraufhin der Prüfling an die Stelle dieses Bezugskörpers gesetzt und seine Oberfläche abgetastet wird, wobei die Ausgangswerte des Umsetzers 24 und des Tasters 6 aufgezeichnet werden. Vorzugsweise werden hundert Ordinatenpunkte während einer Vollkreisabtastung aufgezeichnet, doch können, wenn an einem Prüfling nur eine Teilkreisabtastung durchgeführt wird, die Aufzeichnungspunkte auch enger beieinander liegen.
Es ist möglich, den Umkehrpunkt des Tastsignals elektronisch festzustellen durch schnelles Aufnehmen der ins Digitale umgesetzten Signale, wenn der Aufspanntisch durch den Umkehrpunkt hindurch bewegt wird, und durch Vergleich aufeinanderfolgender Werte des Signals mit vorherigen Werten. Sobald das Signal sein Vorzeichen ändert, kann dies festgestellt und gespeichert werden. Dieses Verfahren hat den weiteren Vorteil, daß es bei derselben Verstärkung durchgeführt werden kann, die auch für die Messung des Radius eingesetzt wird, da durch den Analog- Digital-Wandler eine ausreichende Auflösung bei dieser Verstärkung erzielt wird.
Wenn der Abstand in Radialrichtung zwischen der ersten Fläche E des Parallelblockes vom Mittelpunkt 0 der relativen Drehung von Tisch und Taster bei dem Punkt, bei dem der Tasterausgang als R&sub1; aufgezeichnet worden ist, R&sub1; und x&sub1; der Ausgangswert des Tasters ist, dann ergibt sich &udf53;vu10&udf54;°KR°kÉ = °KL°kÉ + @W:°Kx°kÉ:°KM°k&udf54;@,(9)&udf53;zl10&udf54;
In ähnlicher Weise erhält man für die gegenüberliegende Fläche F&udf53;vu10&udf54;°KR°kÊ = °KL°kÊ + @W:°Kx°kÊ:°KM°k&udf54;@,(10)&udf53;zl10&udf54;so daß &udf53;vu10&udf54;°KR°kÉ + °KR°kÊ = °KL°kÉ + °KL°kÊ + @W:°Kx°kÉ¤+¤°Kx°kÊ:°KM°k&udf54;&udf53;zl10&udf54;Daraus gewinnt man &udf53;vu10&udf54;°KR°k°T°Ks°t = @W:°KL°kÉ¤+¤°KL°kÊ:2&udf54; + @W:°Kx°kÉ¤+¤°Kx°kÊ:2°KM°k&udf54;&udf53;zl10&udf54;worin @O:°KL°kÉ+°KL°kÊ:2&udf54; dem unterdrückten Radius L _s des Bezugskörpers entspricht und @O:°Kx°kÉ+°Kx°kÊ:2&udf54; dem Parameter R _s entspricht in der Gleichung (6) für R _s · Da R _s aus dem genau bekannten Wert des Bezugsblockes als die Hälfte der Blocklänge bekannt ist, kann dies in der Gleichung (8) dazu verwendet werden, den mittleren Radius R _c des Prüflings zu bestimmen.
Die gleiche Methode kann angewendet werden, um den radialen Abstand zweier Punkte auf einer Werkstückoberfläche zu bestimmen, z. B. auf zwei ebenen parallelen, einander entgegengesetzt gerichteten Flächen eines Werkstücks. In diesem Fall wird die Maßstabbestimmung in gleicher Weise durchgeführt wie beschrieben, doch werden statt einer Gesamtabtastung des Prüflings nur zwei Ablesungen vorgenommen, eine auf jeder Fläche, wobei die Stellen bestimmt werden, bei denen die Signale ihren minimalen Wert erreichen, wie dies bereits bei der Kalibrierung gemacht worden ist. Der mittlere "Radius" R _c, der aus diesen Daten berechnet wird, ist dann die Hälfte des Abstandes zwischen diesen beiden Flächen.
Fig. 8d zeigt eine Parallelblock-Kombination, um den Radius eines hohlen Körpers bestimmen zu können. Es ist gezeigt, daß an den Parallelblock 43 zwei weitere Bezugsblöcke 44 und 45 angelegt sind, die mit ihren parallelen Flächen wenigstens etwas über die Parallelflächen des Blockes 43 hinausragen, so daß die Tastspitze 11 diese Flächen berühren kann, wenn sie eine Richtung hat wie in Fig. 4 gezeigt, so daß sie mit inneren Konkavflächen eines Hohlprüflings in Verbindung gebracht werden kann.
Mit diesem Verfahren wird vermieden, daß die Bedienungsperson eine subjektive Abschätzung vornehmen muß, und der Einsatz eines Parallelblockes oder mehrerer aneinandergelegter Parallelblöcke machen es nötig, daß zahlreiche zylindrische Bezugskörper oder Ringe verschiedenster Abmessungen bereit gehalten werden müssen. Die einzige Beschränkung bezüglich der Größe der Parallelblöcke in Hinblick auf die Nenngrößen der Durchmesser der Prüflinge ist die, daß der Längenabstand zwischen zweien kleiner sein soll als zweimal der Arbeitshub des Umsetzers 24, damit dieser nicht über seinen zulässigen Hub hinaus ausgelenkt wird, wenn vom Standardmaß auf den Prüfling übergegangen wird.

Claims

1. Meßeinrichtung mit einem Aufspanntisch und einem Taster, die relativ zueinander um eine Bezugsachse drehbar sind, wobei der Taster an einem Tasterträger sitzt und innerhalb eines begrenzten Bereichs radiale Abstandsänderungen zwischen der Fläche eines auf dem Aufspanntisch liegenden Werkstücks und der Bezugsachse mißt, wenn der Aufspanntisch und der Taster relativ zueinander gedreht werden, und wobei der Tasterträger radial zur Bezugsachse verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Tasterträger (8) einen zugehörigen Umsetzer (24) zum Messen seiner Radialverstellung aufweist, wobei der Meßbereich des Umsetzers (24) größer als der des Tasters (6) ist, und daß Signalverarbeitungseinrichtungen vorgesehen sind, die die Ausgangssignale des Tasters (6) und des Umsetzers (24) in vorbestimmter Weise miteinander kombinieren.

2. Verfahren zum Bestimmen des Krümmungsradius der gekrümmten Fläche eines Prüflings unter Verwendung einer Einrichtung mit einem Aufspanntisch und einem Taster, die relativ zueinander um eine Bezugsachse drehbar sind, wobei der Taster an einem Tasterträger sitzt und innerhalb eines begrenzten Bereichs radiale Abstandsänderungen zwischen der Fläche eines auf dem Aufspanntisch liegenden Werkstücks und der Bezugsachse mißt, wenn der Aufspanntisch und der Taster relativ zueinander gedreht werden, wobei ferner der Tasterträger radial zur Bezugsachse verstellbar ist und einen zugehörigen Umsetzer zum Messen dieser Radialverstellung aufweist, und wobei schließlich der Meßbereich des Umsetzers größer als der des Tasters ist, dadurch gekennzeichnet, daß

a. ein Bezugskörper mit einer mindestens teilzylindrischen Bezugsfläche auf den Aufspanntisch aufgelegt und der Taster mit seinem Tasterträger in eine Arbeitsstellung neben der Bezugsfläche bewegt wird, wobei die Lage des Bezugskörpers relativ zur Bezugsachse und die Lage des Tasters derart gewählt werden, daß der Taster ohne Verstellung seiner Radiallage innerhalb seines wirksamen Meßbereichs verbleibt, wenn sich der Taster und der Aufspanntisch relativ zueinander drehen, um den Bezugskörper am Taster entlangzuführen,

b. der Wert des Umsetzer-Ausgangssignals ebenso wie eine Mehrzahl von Werten des Taster-Ausgangssignals gespeichert wird, wobei letztere erhalten werden, wenn sich der Aufspanntisch und der Taster relativ zueinander drehen,

c. die Schritte a. und b. wiederholt werden, wobei der Bezugskörper durch den Prüfling ersetzt ist, und

d. die gespeicherten Werte der Ausgangssignale des Tasters und des Umsetzers in Verbindung mit dem bekannten Krümmungsradius der Bezugsfläche des Bezugskörpers dazu verwendet werden, den mittleren Krümmungsradius der gekrümmten Fläche des Prüflings abzuleiten durch Berechnung des Wertes der Gleichung °=c:30&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz2&udf54; &udf53;vu10&udf54;worin
R _c der mittlere Radius des Prüflings ist,
R _s der Krümmungsradius der Bezugsfläche des Bezugskörpers ist,
(L _c-L _s) die Änderung des Wertes des Umsetzer-Ausgangssignals beim Ersetzen des Bezugskörpers durch den Prüfling ist,
&wedgeq; _c der Radius des Bezugskreises der kleinsten Quadrate ist, errechnet aus den gespeicherten Werten der Taster-Ausgangssignale, die während des Schrittes c. erhalten werden,
&wedgeq; _s der Radius des Bezugskreises der kleinsten Quadrate ist, errechnet aus den während des Schrittes b. gespeicherten Taster-Ausgangssignalen, und
M der Multiplikationsfaktor des Tasters ist.

3. Verfahren zum Bestimmen des Krümmungsradius der gekrümmten Fläche eines Prüflings unter Verwendung einer Einrichtung mit einem Aufspanntisch und einem Taster, die relativ zueinander um eine Bezugsachse drehbar sind, wobei der Taster an einem Tasterträger sitzt und innerhalb eines begrenzten Bereichs radiale Abstandsänderungen zwischen der Fläche eines auf dem Aufspanntisch liegenden Werkstücks und der Bezugsachse mißt, wenn der Aufspanntisch und der Taster relativ zueinander gedreht werden, wobei ferner der Tasterträger radial zur Bezugsachse verstellbar ist und einen zugehörigen Umsetzer zum Messen dieser Radialverstellung aufweist, und wobei schließlich der Meßbereich des Umsetzers größer als der des Tasters ist, dadurch gekennzeichnet, daß

a. ein Bezugskörper mit zwei entgegengesetzten, ebenen, parallelen Bezugsflächen derart auf den Aufspanntisch aufgelegt wird, daß die Bezugsachse zwischen den beiden Bezugsflächen hindurchgeht,

b. der Taster in eine Arbeitsstellung neben einer der Bezugsflächen bewegt wird und der Aufspanntisch und der Taster relativ zueinander gedreht werden, um einen Umlenkpunkt im Taster-Ausgangssignal zu bestimmen, wobei die Werte der Ausgangssignale des Tasters und des Umsetzers in diesem Umkehrpunkt sodann gespeichert werden,

c. der Schritt b. wiederholt wird, wobei der Taster neben der anderen Bezugsfläche liegt,

d. der Bezugskörper durch den Prüfling ersetzt und der Taster mit seinem Tasterträger in eine Arbeitsstellung neben der gekrümmten Fläche des Prüflings bewegt wird, wobei die Lage des Prüflings und des Tasters derart gewählt wird, daß der Taster ohne Verstellung seiner Radiallage innerhalb seines wirksamen Meßbereichs verbleibt, wenn sich der Taster und der Aufspanntisch relativ zueinander drehen, um den Prüfling am Taster entlangzuführen,

e. der Wert des Umsetzer-Ausgangssignals ebenso wie eine Mehrzahl von Werten des Taster-Ausgangssignals gespeichert wird, wobei letztere erhalten werden, wenn sich der Aufspanntisch und der Taster relativ zueinander drehen,

f. die gespeicherten Werte der Ausgangssignale des Tasters und des Umsetzers in Verbindung mit dem bekannten Abstand zwischen den Bezugsflächen des Bezugskörpers dazu verwendet werden, den mittleren Krümmungsradius der gekrümmten Fläche des Prüflings abzuleiten durch Berechnen des Wertes der Gleichung °=c:30&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz2&udf54; &udf53;vu10&udf54;worin
R _c der mittlere Radius des Prüflings ist,
R _s gleich dem halben Abstand zwischen den Bezugsflächen des Bezugskörpers ist,
L _c der Wert des Umsetzer-Ausgangssignals ist, der während des Schrittes e. gespeichert wird,
L _s der gemittelte Wert der Umsetzer-Ausgangssignale ist, die während der Schritte b. und c. gespeichert werden,
&wedgeq; _c der Radius des Bezugskreises der kleinsten Quadrate ist, errechnet aus den gespeicherten Taster-Ausgangssignalen, die während des Schrittes c. erhalten werden,
&wedgeq; _s der gemittelte Wert der Taster-Ausgangssignale ist, die während der Schritte b. und c. gespeichert werden, und
M der Multiplikationsfaktor des Tasters ist.

4. Verfahren zum Bestimmen des Abstandes zwischen zwei Flächen eines Prüflings unter Verwendung einer Einrichtung mit einem Aufspanntisch und einem Taster, die relativ zueinander um eine Bezugsachse drehbar sind, wobei der Taster an einem Tasterträger sitzt und innerhalb eines begrenzten Bereichs radiale Abstandsänderungen zwischen der Fläche eines auf dem Aufspanntisch liegenden Werkstücks und der Bezugsachse mißt, wenn der Aufspanntisch und der Taster relativ zueinander gedreht werden, wobei ferner der Tasterträger radial zu Bezugsachse verstellbar ist und einen zugehörigen Umsetzer zum Messen dieser Radialverstellung aufweist, und wobei schließlich der Meßbereich des Umsetzers größer als der des Tasters ist, dadurch gekennzeichnet, daß

c. der Bezugskörper durch den Prüfling ersetzt und letzterer derart auf den Aufspanntisch aufgelegt wird, daß die Bezugsachse zwischen dessen beiden Flächen, deren Abstand bestimmt werden soll, hindurchgeht,

d. der Taster in eine Arbeitsstellung neben einer dieser Flächen bewegt wird und der Aufspanntisch und der Taster relativ zueinander gedreht werden, um einen Umkehrpunkt im Taster-Ausgangssignal zu bestimmen, wobei die Werte der Ausgangssignale des Tasters und des Umsetzers in diesem Umkehrpunkt sodann gespeichert werden,

e. der Schritt d. wiederholt wird, wobei der Taster neben der anderen Fläche des Prüflings liegt,

f. die gespeicherten Werte der Ausgangssignale des Tasters und des Umsetzers in Verbindung mit dem bekannten Krümmungsradius der Bezugsfläche des Bezugskörpers dazu verwendet werden, den Abstand zwischen den beiden Flächen des Prüflings abzuleiten durch Berechnung des Wertes der Gleichung °=c:30&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz2&udf54; &udf53;vu10&udf54;worin
R _c gleich dem halben Abstand zwischen den beiden Flächen des Prüfkörpers ist,
R _s der Krümungsradius der Bezugsfläche des Bezugskörpers ist,
L _c der gemittelte Wert der Umsetzer-Ausgangssignale ist, die während der Schritte d. und e. gespeichert werden,
L _s der Wert des Umsetzer-Ausgangssignals ist, der während des Schrittes b. gespeichert wird,
&wedgeq; _c der gemittelte Wert der Taster-Ausgangssignale ist, die während der Schritte d. und e. gespeichert werden,
&wedgeq; _s der Radius des Bezugskreises der kleinsten Quadrate ist, errechnet aus den während des Schrittes b. gespeicherten Taster-Ausgangssignalen, und
M der Multiplikationsfaktor des Tasters ist.

5. Verfahren zum Bestimmen des Abstandes zwischen zwei Flächen eines Prüflings unter Verwendung einer Einrichtung mit einem Aufspanntisch und einem Taster, die relativ zueinander um eine Bezugsachse drehbar sind, wobei der Taster an einem Tasterträger sitzt und innerhalb eines begrenzten Bereichs radiale Abstandsänderungen zwischen der Fläche eines auf dem Aufspanntisch liegenden Werkstücks und der Bezugsachse mißt, wenn der Aufspanntisch und der Taster relativ zueinander gedreht werden, wobei ferner der Tasterträger radial zur Bezugsachse verstellbar ist und einen zugehörigen Umsetzer zum Messen dieser Radialverstellung aufweist, und wobei schließlich der Meßbereich des Umsetzers größer als der des Tasters ist, dadurch gekennzeichnet, daß

d. der Bezugskörper durch den Prüfling ersetzt wird und die Schritte a., b. und c. für den Prüfling wiederholt werden,

e. die gespeicherten Werte der Ausgangssignale des Tasters und des Umsetzers in Verbindung mit dem bekannten Abstand zwischen den Bezugsflächen und des Bezugskörpers dazu verwendet werden, den Abstand zwischen den beiden Flächen des Prüflings abzuleiten durch Berechnung des Wertes der Gleichung &udf53;vu10&udf54;&udf53;vz2&udf54; &udf53;vu10&udf54;worin
R _c gleich dem halben Abstand zwischen den Flächen des Prüflings ist,
R _s gleich dem halben Abstand zwischen den Bezugsflächen des Bezugskörpers ist,
L _c der gemittelte Wert der Umsetzer-Ausgangssignale ist, die während des Schrittes d. gespeichert werden,
L _s der gemittelte Wert der Umsetzer-Ausgangssignale ist, die während der Schritte b. und c. gespeichert werden,
&wedgeq; _c der gemittelte Wert der Taster-Ausgangssignale ist, die während des Schrittes d. gespeichert werden,
&wedgeq; _s der gemittelte Wert der Taster-Ausgangssignale ist, die während der Schritte b. und c. gespeichert werden, und
M der Multiplikationsfaktor des Tasters ist.