DE2627090C2 - Vorrichtung zur Messung von Konzentrizitätsfehlern zweier Rotationsflächen - Google Patents

Description

— zweite mechanische Referenzpunkte (90, 91), die am zweiten Träger (31) angebracht sind, starr mit den ersten mechanischen Referenzpunkten (75) verbunden sind,

— freischwebende Verbindungsmittel (44, 45) und Schubmittel (61, 85) zwischen den mechanischen Referenzpunkten (75, 90, 91) und dem zweiten Träger (31) angeordnet sind, die gleichzeitig ermöglichen, daß die ersten mechanischen Referenzpunkte (75) in Berührung mit der ersten Rotationsfläche (13) bleiben und die zweiten mechanischen Referenzpunkte (90,91) an einer Stelle eines ersten Abschnittes an der zweiten Rotationsfläche (12) anliegen,

— Antriebsmittel (21) vorgesehen sind, welche eine relative Drehbewegung zwischen dem Teil (10) und dem zweiten Träger (31) erzeugen,

— die Meßmittel einen Arm (50) enthalten, der einen Freiheitsgrad bezüglich der ersten und zweiten mechanischen Referenzpunkte (75, 90, 91) besitzt, wobei ein Fühler (92) an dem Arm (50) befestigt ist, der einen zweiten Abschnitt der zweiten Rotationsfläche (12) in Punktberührung abtastet und seine Auslenkung mechanisch auf einen Wandler (78) überträgt, dessen während der relativen Drehung erhaltenen Signale den linearen Abmessungen des zweiten Abschnittes entsprechen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten mechanischen Referenzpunkte (75,90,91) an einem Arm (51) angeordnet sind, der an einem starren Glied (32) befestigt ist, das vom zweiten Träger (31) mittels der freischwebenden Verbindungsmittel (44, 45) getragen wird, wobei der zweite Träger (31) auf das zu vermessende Teil (10) zu und von diesem wegbewegbar ist, um die ersten und zweiten mechanischen Referenzpunkte (75, 909, 91) in die Bohrung (11) des zu vermessenden Teils einzuführen, daß der Arm (51) längs der Achse (10) der Rotationsflächen (12, 13) einstellbar ist, daß das freie Ende des Arms (51) in einer Kugelfläche (75) endet oder in einer Fläche, die in eine Kugel einbeschrieben werden kann und mit einem kreisförmigen Querschnitt der ersten Rotationsfläche zusammenarbeiten kann und einen ersten Referenzpunkt (75) bildet, daß der Arm (51) an einem Querschnitt zwei feste Fühler (90, 91) aufweist, die mit zwei Punkten des ersten Abschnittes der zweiten Rotationsfläche (12) zusammenwirken und die zweiten mechanischen Referenzpunkte bilden, wobei die erste Rotationsfläche (13) konisch oder kegelstumpfförmig ist und die zweite Roationsfläche (12) zylindrisch ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungs- und Schubmittel ein erstes elastisches Element (61) umfassen, welches zwischen dem zweiten Träger (31) und dem starren Glied (32) angeordnet ist und einen Schub ausübt, welcher die Kugelfläche (75) in Berührung mit dem kreisförmigen Querschnitt der konischen Fläche (13) hält

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Meßmittel enthaltende Arm (50), welcher mindestens einen Freiheitsgrad bezüglich des ersten mechanischen Referenzpunktes (75) und der zweiten mechanischen Referenzpunkte 90, 91) besitzt, dem starren Glied (32) über ein Gelenk (77) zugeordnet ist, und daß die Schubmittel ein zweites elastisches Element (85) umfassen, das zwischen dem Arm (50) und dem starren Glied (32) befestigt ist wobei das zweite elastische Element (85) einen Schub ausübt, um die festen Fühler (90,91) mit den zwei Punkten des ersten Abschnittes der zweiten Rotationsfläche (12) und den Fühler (92), welcher am Arm (50) befestigt ist, in Berührung mit dem zweiten Abschnitt der zweiten Rotationsfläche (12) zu halten.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das starre Glied (32) und der zweite Träger (31) mit mechanischen Referenzelementen (57, 58, 59, 60) versehen sind, welche miteinander zusammenwirken und das starre Glied (32) an den freischwebenden Verbindungsmitteln (44, 45) in einer Stellung aufgehängt halten, welche das Einführen des starren Arms (51) in die Bohrung (11) des zu vermessenden Teils (10) bei der Verschiebebewegung des zweiten Trägers (31) ermöglicht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die freischwebenden Verbindungsmittel mindestens einen Draht (44) und eine Feder (45) aufweisen, die zwischen dem starren Glied (32) und dem zweiten Träger (31) befestigt sind, wobei Draht

(44) und Feder (45) eine relative Verschiebung des starren Glieds (32) bezüglich des zweiten Trägers (31) ermöglichen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht (44) und die Feder (45) an dem starren Glied (32) an Punkten befestigt sind, welche in der Vertikalebene liegen, die durch den Schwerpunkt des an dem Draht (44) und der Feder

(45) aufgehängten Systems verläuft.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von Konzentrizitätsfehlern zweier Rotationsflächen mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Bei der bekannten Vorrichtung (US-PS 27 66 532), von der die Erfindung ausgeht, ist ein den Meßfühler zum Abtasten einer ersten Rotationsfläche tragender Arm in einer Hülse gelagert, die konische Außenflächen

aufweist, über die die Referenzpunkte in Form von Kugeln an die zweite Rotationsfläche angedrückt werden. Damit erhält der Arm eine von der zweiten Rotationsfläche bestimmte Lage und wird von der Meßeinrichtung der Konzentrizitätsfehler angezeigt Die bekannte Vorrichtung ist zum Einführen in Bohrungen von kleinem Durchmesser nicht geeignet, da die Hülse mit den konischen Flächen sowie der die Kugeln haltende Käfig verhältnismäßig viel Platz beanspruchen.

Dies trifft auch auf eine andere bekannte Einrichtung zu, welche in Bohrungen einführbar ist, um Abweichungen von der Kreisrunden festzustellen. Zum Messen dienen hierbei kniegelenkartige Referenzpunkte (GB-PS 10 32 121).

Eine bekannte Vorrichtung zum Messen der Konzentrizität zwischen einem Ventilsitz und einer Ventilführungsbohrung (DE-Gbm 19 72 703) weist einen Stift mit einem zylindrischen Abschnitt auf, der in die Bohrung einführbar ist. Ein Anschlag wirkt mit dem Ventilsitz zusammen und zwei pneumatische Meßdüsen, tasten verschiedene Abschnitte der Bohrung ab. Bei einer anderen bekannten Vorrichtung (IT-PS 9 83 308) zum Messen von Konzentrizitätsfehlern an einem Ventilsitz und der Ventilführungsbohrung ist ein Meßstift mit vier Meßfühlern vorgesehen, die von beweglichen Armen getragen werden. Auch diese Vorrichtung erlaubt nicht die Messung von Bohrungen mit geringem Durchmesser.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die eingangs geschilderte Vorrichtung so auszubilden, daß Konzentrizitätsfehler zwischen zwei inneren Rotationsflächen gemessen werden können, deren Durchmesser sehr klein (bis zu einem Mindestwert von ein paar Millimetern) sein kann. Ferner soll die Betriebsweise der Vorrichtung automatisiert werden können.

Die genannte Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale gelöst.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen seitlichen Schnitt durch eine Vorrichtung,

F i g. 2 und 3 Querschnitte der Vorrichtung nach Fig. 1 gemäß den Linien II-II und III-III in F ig. 1.

F i g. 1 zeigt ein mechanisches Teil 10, das vom Körper eines Injektors für einen Dieselmotor gebildet wird.

Der Injektorkörper 10 besitzt einen Hohlraum 11, in dem die Nadel des Injektors untergebracht werden soll.

Der Hohlraum 11 wird von den Rotationsflächen 12, 13, 14, 15 begrenzt, die nominal koaxial sind. Für die Funktion des Injektors ist es besonders wichtig, unter anderem sicherzustellen, daß der Koaxialitätsfehler zwischen dem konischen Sitz 13, der mit der Nadelspitze des Injektors zusammenwirkt, und der Zylinderfische 12, welche mit der Seitenfläche der Nadel zusammenwirkt, einen bestimmten Betrag nicht überschreitet.

Im folgenden sei angenommen, daß die beiden Flächen 12,13 keinen Formfehler besitzen. Diese Annahme ist normalerweise gerechtfertigt. Entweder wird zuvor die Form verifiziert oder die Technologie, die beim Bau des Injektors verwendet wird, stellt dies sicher. Der Injektorkörper 10 wird von einem Träger 20 über einen Dorn 21 getragen. Dieser kann um eine Achse 16 gedreht werden, die im wesentlichen mit der theoretischen Achse des Injektorkörpers 10 zusammenfällt. Der Dorn 21 umfaßt zwei feststehende Backen 23, 24 und einen beweglichen Backen 25. Dieser wird auf das Teil 10 zu durch die Feder 26 gedruckt. Dem Träger 20 gegenüber liegt ein Träger 31 für ein Glied 32, welches zusammen mit dem zugehörigen System weiter unten beschrieben wird. Es bildet einen Meßkopf. Der Träger 31 ist auf einem Schlitten 33 angebracht, welcher auf den Träger 20 zu und von diesem weg mittels hydraulischer Antriebsvorrichtungen (nicht gezeigt) bewegt werden kann. Er bewegt sich dabei auf einer Grundplatte 34 der Vorrichtung zwischen den Anschlägen 35,36. Das Glied 32 besitzt zwei quer verlaufende, horizontale Stifte 40,

ίο 41, die in F i g. 3 zu erkennen sind und über einen Draht 44 und eine Feder 45 mit einer Oberplatte 46 des Trägers 31 verbunden sind.

Die Stifte 40,41 sind in der Vertikalebene (senkrecht zur Achse 16) angeordnet, welche durch den Schwerpunkt des an dem Draht 44 und der Feder 45 aufgehängten Systems verläuft Die Beschreibung dieses Systems erfolgt weiter unten.

Der Meßkopf ist mit zwei Armen 50, 51 versehen, welche aus einer Vorderplatte 54 des Trägers 31 hervorragen. Zwei kegelstumpfförmige Referenzflächen 57 und 59 sind am Träger 31 vorgesehen. Gegen diese liegen zwei entsprechende kegelstumpfförmige Flächen 58,60 an, die am Glied 32 vorgesehen sind. Der Kontakt zwischen den kegelstumpfförmigen Flächen 57, 58 und 59, 60 wird durch eine Feder 61 aufrechterhalten, die zwischen der Rückplatte 62 des Trägers 31 und dem rückwärtigen Teil des Glieds 32 angeordnet ist. Sie drückt das letztere auf die Vorderplatte 54 zu. Der Arm 51 ist starr am Glied 32 befestigt und hat im wesentlichen die Gestalt einer zylindrischen Welle. Er endet in einer Kugelfläche 75. In dem Teil nahe am Glied 32 besitzt der Arm eine Bohrung 76, in welcher der Arm 50 untergebracht ist. Der Arm 50 kann kleine Drehbewegungen bezüglich dem Glied 32 um ein Gelenk 77 herum ausführen. An ihm ist das bewegliche Element 79 eines induktiven Meßwandlers 78 befestigt, dessen stationäres Element 80 fest mit Glied 32 verbunden ist. Der Wandler ist über Leiter 81 mit einer Speise-, Verarbeitungs- und Anzeigeeinheit 82 verbunden. Der Arm 51 trägt zwei Fühler 90,91; der Arm 50 trägt einen Fühler 92, der radial vom Arm 51 durch eine öffnung 94 hervorragt. Eine Feder 85 teilt dem Arm 50 den notwendigen Meßdruck mit

Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist folgendermaßen.

Der Schlitten 33 befindet sich anfänglich in Berührung mit dem Anschlag 35. Die Arme 50, 51 befinden sich in der Stellung, die am weitesten vom Träger 20 entfernt ist.

Der Injektorkörper 10 wird vor den Träger 20 gebracht und in den Dorn 21 mittels nicht gezeigter Beschickungsvorrichtungen eingeführt.

Während dieser Phase schiebt die Feder 61 das Glied 32 gegen die Vorderplatte 54 des Trägers Sl, wobei die kegelstumpfförmigen Referenzflächen 57,58 und 59,60 in Berührung gehalten werden. Zu diesem Zeitpunkt beginnt der Schlitten 33 sich auf den Träger 20 zuzubewegen.
Die Berührung zwischen den kegelstumpfförmigen Flächen 57,58 und 59,60 stellt sicher, daß der Meßkopf sich in einer wohl definierten Referenzlage bezüglich der Träger 20,31 befindet. Auf diese Weise ist der Arm 51 auf das Loch 11 des Injektorkörpers 10 ausgerichtet und kann dort eintreten, ohne gegen die Kante anzuschlagen.

Auch die Öffnung in der Ruhestellung und die Gestalt des Fühlers 92 sind derart, daß das Einführen in die Bohrung 11 erleichtert wird.

5 6

Nach einem gewissen Hub des Schlittens 33 kommt hängt genauer von der Entfernung des Mittelpunkts des das sphärische Ende 75 des Arms 51 in Berührung mit Abschnitts der Zylinderfläche 12, die von dem beweglidem konischen Sitz 13. Diese Berührung verhindert, daß chen Fühler 92 untersucht wird, von der geraden Linie der Kopf noch weiter vorrücken kann. ab, welche durch den Mittelpunkt des sphärischen En-

Der Schlitten 33 bewegt sich dagegen weiter vor- 5 des 75 und durch den Mittelpunkt des Abschnitts der wärts, bis er zum Anschlag 36 kommt. Dabei wird die Zylinderfläche 12 verläuft, welche von den Fühlern 90, Feder 61 komprimiert; die Referenzflächen 57, 58 und 91 untersucht wird.

59, 60 bewegen sich auseinander. Der Meßkopf bleibt Diese Entfernung, welche von der Einheit 82 durch

auf diese Weise am Träger 31 über den Draht 44 und die einfache Verarbeitung des Signals erhalten wird, wel-Feder 45 aufgehängt Die Drahtlänge und die elasti- 10 ches vom Wandler 78 bei der Relativdrehung zwischen sehen Eigenschaften der Feder sind so gewählt, daß der dem Körper 10 und den Fühlern 90,91,92 geliefert wird, Kopf im wesentlichen in der Referenzstellung beibehal- wird als Maß für den Konzentrizitätsfehler der beiden ten wird, die zuvor durch die Berührung zwischen den Flächen 12,13 genommen.

Flächen 57, 58 und 59, 60 bestimmt wurde. Begrenzte Der Draht 44 dient nicht nur zur Aufhängung des

Verschiebungen aus dieser Stellung sind jedoch mög- 15 Meßkopfes am Träger 31 und ermöglicht die oben erlich. wähnten Verschiebungen; er verhindert auch, daß die

Die Berührung zwischen der Fläche 75 und dem koni- Drehbewegung des Teils sich auf den Kopf durch die sehen Sitz 13 wird durch den Druck der Feder 61 sicher- Berührung der drehenden Flächen 12,13 mit den Fühgestellt; die Berührung zwischen den Fühlern 90,91 und lern 90,91,92 und dem sphärischen Ende 75 überträgt. 92 und der Fläche 12 wird durch die Feder 85 sicherge- 20 Um dies zu vermeiden, muß der Draht 44 natürlich an stellt, welche auf den Arm 50 wirkt und den Fühler 92 einem geeigneten Teil des Kopfes angeordnet sein, so von den Fühlern 90,91 wegzubewegen sucht, und durch daß er sich dem Drehmoment, das auf das Teil 10 aus die Aufhängung aus Draht und Feder 45. Diese ermög- den oben genannten Gründen ausgeübt wird, widerlicht, wie schon erwähnt, begrenzte Verschiebungen des setzt.

Meßkopfes. Die Kugelfläche 75 und die Fühler 90, 91 25 Nach dem die Messung ausgeführt ist, d. h., nach einer bilden mechanische Referenzen, die mit einem Ab- vollständigen Umdrehung des Körpers 10, wird der schnitt des konischen Sitzes 13 bzw. zwei Punkten eines Dorn 21 angehalten; der Schlitten 33 beginnt seine Abschnitts der Zylinderfläche 12 zusammenwirken. Rückwärtsbewegung.

Die Fühler 90,91 sind so angeordnet, daß zwei gerade Am Ende der Rückwärtsbewegung, wenn also der

Linien, welche durch den Mittelpunkt des Abschnitts 30 Schlitten 33 den Anschlag 35 erreicht hat, befinden sich von Fläche 12, auf welchen die Fühler einwirken, und die Arme 50,51 außerhalb der Bohrung 11. Das Glied 32 durch die Wirkungspunkte des ersten Fühlers 90 und wird auf den Teil 54 des Trägers 31 zugedrückt, so daß des zweiten Fühlers 91 verlaufen, einen rechten Winkel die Flächen 57,58 und 59, 60 wieder in Berührung sind bilden. und der Meßkopf wieder zentriert ist.

Außerdem liegt die Erzeugende der Fläche 12, welche 35 Der vermessene Körper 10 wird dann ausgeworfen von der Winkelhaibierenden dieses Winkels gebildet und die beschriebenen Vorgänge werden für das nächwird, diametral der Erzeugenden gegenüber, auf welche ste Teil wiederholt, der Fühler 92 einwirkt.

Wenn der Schlitten 33 den Anschlag 36 erreicht hat Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

und sich deshalb die Fühler in Meßstellung befinden, 40

läßt man den Dorn 21 bezüglich des Trägers 20 mittels
nicht gezeigter Antriebseinrichtungen so rotieren, daß
sich der Injektorkörper 10 um die Achse 16 dreht.

Bei der Drehung des Körpers 10 bleibt das Ende 75 in
Berührung mit dem Sitz 13 über den Umfang hinweg, 45
während die Fühler 90, 91 in Berührung mit zwei Punkten eines ersten Abschnitts der Fläche 12 und der Fühler
92 mit einem Punkt eines zweiten Abschnitts der Fläche
12 verbleiben.

Wenn die Flächen 12, 13 koaxial sind, erfährt bei der 50
Drehung des Körpers 10 der Fühler 92 keine Verschiebung relativ zum Arm 51. Deshalb ist das Signal des
Wandlers 78 konstant und proportional zum Radius des
Abschnittes der Zylinderfläche 12, an welcher der Fühler angeordnet ist, oder zur Differenz zwischen dem 55
Radius und seinem Nominalwert

Wenn die Rächen 12, 13 jedoch nicht koaxial sind,
finden bei der Drehung des Körpers 10 zwischen dem
beweglichen Arm 50 und dem Glied 32 mit seinem festen Arm 51 Relativverschiebungen statt. Dies beruht 60
darauf, daß das sphärische Ende 75 weiterhin den konischen Sitz 13 aufgrund des Schubes der Feder 61 berührt und die Fühler 90, 91 und 92 die Zylinderfläche 12
aufgrund des Schubes der Feder 85 berühren.

Demzufolge erzeugt der Wandler 78 ein Signal, das je b5
nach der Stellung des Fühlers 92 zum Arm 51 zwischen
einem maximalen und einem minimalen Wert variiert

Das Signal, welches vom Wandler geliefert wird,

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Messung von Konzentrizitätsfehlern zweier Rotationsflächen, die nominal koaxial sind und eine Bohrung in einem mechanischen Teil begrenzen,

— mit einem ersten Träger für das zu vermessende Teil und einem zweiten Träger für die Meßvorrichtung,

— mit ersten mechanischen Referenzpunkten, die am zweiten Träger angebracht sind und mit der ersten Rotationsfläche zusammenwirken,

— mit Meßmitteln, die den mechanischen Referenzpunkten zugeordnet sind und an der zweiten Rotationsfläche Dimensionsmessungen ausführen, die über eine Verarbeitungs- und Anzeigeeinheit angezeigt werden,

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dadurch gekennzeichnet, daß