DE2654025C2

DE2654025C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Zentrieren eines Werkstückes auf einem Rundheitsprüfgerät

Info

Publication number: DE2654025C2
Application number: DE19762654025
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen Ing.(grad.) 3050 Wunstorf Heider; Karl Heinz 3150 Peine Sommer
Original assignee: Dr-Ing Perthen 3000 Hannover De GmbH; Dr-Ing Perthen 3000 Hannover GmbH
Current assignee: Dr-Ing Perthen 3400 Goettingen De GmbH
Priority date: 1976-11-27
Filing date: 1976-11-27
Publication date: 1986-05-07
Also published as: DE2654025A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zentrieren eines rotationssymmetrischen Werkstückes auf einem justierbaren Zentrier- und Kipptisch eines Rundheitsprüfgerätes, bei dem die Oberfläche des Werkstückes entlang dessen Umfang linienförmig radial zur Achse der Meßspindei abgetastet wird, von dem dabei gewonnenen Meßsignal ein Berichtigungssignal subtrahiert und als Ergebnis ein im wesentlichen exzentrizitätsanteilfreies Anzeigesignal erzeugt wird und ein Rundheitsprüfgerät zur Durchführung des Verfahrens.

Verfahren der eingangs genannten Art sind aus der DE-PS 11 00 978 und der DE-PS 13 02 340 bekannt. Bei einem grobzentrierten Werkstück, das mit einem Längenmeßtaster abgetastet wird, besitzt dessen Ausgangsspannung wegen der Exzentrizität zwischen der Werkstücksachse und der Achse des Zentriertisches eine Dynamik, die ein Vielfaches der Amplitude des den Rundheitsfehler und Formfehler darstellenden Signalanteils ist. Durch den dadurch bedingten großen Aussteuerbereich des an den Längenmeßtaster angeschlossenen Verstärkers können Modulationseffekte und Signalverfälschungen auftreten. Der Aussteuerbereich des das Meßsignal verarbeitenden Verstärkers kann zwar erhöht werden indem dessen Verstärkungsgrad verringert wird, jedoch wird dadurch die Empfindlichkeit der Anzeige des Rundheitsfehlers ebenfalls reduziert. Dieser Empfindlichkeitsverlust ist um so größer, je größer die Zentrierung des Werkstückes und je größer das für dessen elektrische Zentrierung notwendige Berichtigungssignal ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Zentrierung eines rotationssymmetrischen Werkstückes auf einem justierbaren Zentriertisch zu schaffen, bei dem die Zentrierung mit Hilfe des für die Messung des Rundes lieitsfehlers verwendeten Längenmeßtasters überwacht werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für wenigstens einen ortsfest gehaltenen Meßpunkt

der Amplitudenwert des Meßsignales gespeichert wird und sodann durch Verstellen des Zentriertisches die um den Amplitudenwert des gespeicherten Meßsignales verminderte Summe de^ diesem Meßpunkt entsprechenden Amplitudenwertes des Berichtigungssignales und des bei der Verstellung des Zentriertisches sich ändernden Meßsignales auf Null gebracht wird und daraufhin bei der wieder aufgenommenen weiteren linienförmigen Abtastung das Berichtigungssignal neu bestimmt wird.

Das Rundheitsprüfgerät zur Durchführung des Verfahrens ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Längenmeßtaster und der Additionsschaltung eine Differenz- und Speicherstufe angeordnet ist, die einen mittels eines Schalters an die Meßspannung anschließbaren Integrator mit einem Speicherkondensator aufweist, dessen Ausgangsspannung mit umgekehrter Polarität zusammen mit der Meßspannung am Eingang eines Verstärkers liegt, über den nach Öffnen des Schalters eine aus der Meßspannung und der umgepoiten, gespeicherten rvteßspannung gebildete Differenzspannung an den ersten Eingang der AcAiitionsschaltung geführt ist, deren zweiter Eingang unmittelbar über einen Umschalter mit dem Ausgang der Schaltmittel zur Erzeugung einer Berichtigungsspannung verbindbar ist

Das Verfahren und das Rundheitsprüfgerät gemäß der Erfindung ermöglichen es, das Werkstück sehr genau auf dem Zentrier- und Kipptisch zu justieren, so daß der Exzentrizitätsanteil des von dem Längenmeßtaster abgegebenen Meßsignales im wesentlichen verschwindet. Deswegen steht der gesamte Aussteuerbereich des Verstärkers für das Signal des Rundheitsfehlers zur Verfügung, so daß die Empfindlichkeit des Verstärkers und des Rundheitsprüfgerätes wesentlich erhöht werden können.

Da durch die bessere Zentrierung des Werkstückes die Genauigkeit der in erster Näherung bestimmten Berichtigungsspannung vergrößert wird, wird gleichzeitig der aus der Berichtigungsspannung herrührende Anteil eines Anzeigefehlers reduziert.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispie! des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 ein Rundheitsprüfgerät gemäß der Erfindung in einem Blockschaltbild,

F i g. 2 den Zentrier- und Kipptisch des Rundheitsprüfgerätes nach Fig. 1 mit einem exzentrisch aufgesetzten Werkstück, in einer Draufsicht,

Fig.3 ein Meßsignal und ein Berichtigungssignal für ein exzentrisch auf den Zentrier- und Kipptisch des Rundheitsprüfgerätes aufgesetztes Werkstück und

F i g. 4 ein berichtigtes Ausgangssignal aus einem Meßsignal nach F i g. 3.

Bei dem in Fig. 1 schematisch dargestellten Rundheitsprüfgerät befindet sich ein zylindrisches Werkstück 1 auf einem Zentrier- und Kipptisch 2, der auf einer drehbaren Meßspindel 3 angeordnet ist. Die in einem Lager 4 geführte Meßspindel 3 wird von einem Antriebsmotor 5 über einen Antriebsriemen 6 in Umdrehungen versetzt. Ein Sinus-Kosinus-Geber 7 ist starr mit der Meßspindel 3 verbunden und liefert elektrische Ausgangssignale an die ersten Eingänge zweier Multiplixierschaltungen 8 und 9, die zusammen mit einer nicht dargestellten Additionsschaltung eine Berichtigungsspannung Uh erzeuger., die über einen Inverter 10 an den ersten Kontakt sowie unmittelbar an den zweiten Kontakt eines Umschalter!; 11 geführt ist. Der Mittelkontakt des Umschalters 11 ist mit einem Eingang einer Additionsschaltung 12 verbunden, deren Ausgang an ein Anzeigeinstrument oder einen Meßwertschreiber 13 angeschlossen ist.

Die Ausgangsspannung eines elektrischen Längenmeßtasters 16, der über eine Tastspitze 15 den Umriß des Werkstückes 1 abtastet, wird in einem Verstärker 17 verstärkt, und die verstärkte Meßspannung Um wird anschließend einer Differenz- und Speicherstufe 18 sowie einer Exzentrizitätsmeßeinheit 32 zugeführt. Der Eingang der Differenz- und Speicherstufe 18 liegt über einen Widerstand 19 an dem Eingang eines gegengekoppelten Verstärkers 20, dessen Ausgang mit dem zweiten Eingang der Additionsschaltung 12 und dem beweglichen Kontakt eines Schalters 22 verbunden ist.

Der Arbeitskontakt des Schalters 22 ist über einen Widerstand 24 an den Eingang eines rücksetzbaren Integrators 26 mit einem Speicherkondensator 28 angeschlossen. Die Ausgangsspannung des Integrators 26 gelangt über einen Widerstand 30 zu dem Verstärker 20.

Die Exzentrizitätsmeßeinheit 32 erm-"glicht eine elektrische Kompensation der Exzentrizität zwischen der Symmetrieachse des zylindrischen Werkstückes 1 und der Längsachse der Meßspindel 3, bzw. dem Mittelpunkt des Zentrier- und Kipptisches 2. Sie Hefen zwei Ausgangssignale a_x und a,, die die Größe und die Richtung der Exzentrizität zwischen dem Werkstück 1 und dem Mittelpunkt des Zentrier- und Kipptisches 2 beschreiben. Die Exzentrizitätsmeßeinheit 32 enthält Schaltmittel zur Bestimmung der Exzentrizität, wie eine Recheneinheit für die Frequenzanalyse, ein Filter zum Heraussieben der harmonischen Grundfrequenz der Meßspannung h'm oder ähnliches.

Die Funktionsweise des Rundheitsprüfgerätes wird für einen zur Erleichterung des Verständnisses vereinfachten Fall im Folgenden anhand der F i g. 2 und 3 beschrieben. Das zylindrische Werkstück 1 ist mit Hilfe zweier Zentrierschrauben 34 und 36 auf dem Zentrier- und Kipptisch 2 zentrierbar. Zur Orientierung ist ein mit dem Zentrier- und Kipptisch 2 umlaufendes Koordinatensystem angenommen, dessen x-Achse durch die Zentriers.hraube 34 und dessen y-Achse durch die Zentrierschraube 36 verläuft. Die Tastspitze 15 des Längenmeßtasters 16 berührt die zylindrische Oberfläche des Werkstückes 1, das in bezug auf die *-Achse in Verlängerung der Zentrierschraube 34 um einen Exzentrizitätsbetrag e vom Mittelpunkt des Zentrier- und Kipptisches 2 versetzt ist und das in bezug auf die y-Achse im vorliegenden Falle nicht versetzt ist, so daß die Exzentrizität e nur eine ^--Komponente a, aufweist. Bei vollkommen zentriertem Werkstück 1 befindet sich die Tastspitze 15 dauernd in einem konstanten Abstand d von dem Drehpunkt des Zentrier- und Kipptisches 2, der der» Radius /"des Werkstückes 1 entspricht. Ist das zylindrische Werkstück 1 auf dem Zentrier- und Kipptisch 2 nicht zentrier-, so bewegt sich die Tasispitze 15 bei einer Drehung des Zentrier- und Kipptisches 2 hin und her und die Ausgangsspannung des Längenmeßtasters 16 ändert sich entsprechend.

Für das in F i g. 2 gezeigte, vereinfachte Beispiel mit lediglich einei Exzentrizität e in Richtung der x-Achse des Zentrier- und Kipptisches 2 gilt für den Abstand der Tastspitze 15 des Längenmeßtasters 16 vor. der Drehachse des Zentrier- und Kipptisches 2, wobei der Winkel zwischen der Tastspitze 15 und der x-Achse mit <x bezeichnet ist:

d = a., · cos« + y'r'—a/ sin·'a

Aus dieser Gleichung erkennt man, daß eine reine Kosinus-Funktion eine um so bessere Nahrung für den Exzentrizitätsanteil der Ausgangsspannung des Längenmeßtasters 16 darstellt, je geringer die Exzentrizität e gegenüber dem Radius r ist.

Beim Prüfen eines exzentrisch auf den Zentrier- und Kipptisch 2 aufgesetzten Werkstückes 1 mit Rundheitsfehlern und/oder rauher Oberfläche entsteht am Ausgang des Längenmeßtasters 16 ein Ausgangssignal, das neben einer höherfrequenten Signalkomponente, die die Oberflächengestalt beschreibt, zusätzlich die niederfrequente Komponente des Exzentrizitätssignales aufweist. Zur Eliminierung des Exzentrizitätssignales und zur elektrischen Zentrierung wird in bekannter Weise mit Hilfe der Exzentrizitätsmeßeinheit 32, dem Sinus-Kosinus-Geber 7 und den Multiplizierschaltungen 8 und 9 eine Berichtigungsspannung Ur gebildet, die mit Hilfe des Inverters 10 und der Additionsschaltung 12 von der Meßspannung Um subtrahiert wird, so daß beim Drehen der Meßspindel 3 am Ausgang der Additionsschaltung 12 eine Ausgangsspannung Ua auftritt, die im wesentlichen nur durch die Oberflächengestalt des Werkstückes 1 bestimmt und von dem Exzentrizitätsanteil der Meßspannung befreit ist. Mit Hilfe einer in F i g. 1 nicht dargestellten Vorrichtung kann weiterhin die von dem Radius r des Werkstückes 1 abhängige konstante Spannungskomponente kompensiert werden.

In F i g. 3 ist die am Ausgang des Verstärkers 17 vorhandene Meßspannung U\, für einen Winkel λ von —-t/2 bis 2.T aufgetragen. Außerdem erkennt man aus Fig. 3 die am Ausgang der Multiplizierschaltungen 8 und 9 zur Verfugung stehende Berichtigungsspannung Ub- Addiert man die gestrichelt dargestellte durch Invertierung gewonnene Spannung — Ug zur Spannung Um. so erhält man die in F i g. 4 dargestellte von dem Exzentrizitätsanteil befreite Ausgangsspannung Ua-

Zur Erhöhung der Empfindlichkeit und zur Vermeidung von Übersteuerungen des Vcrsiärkers 17 ist es wünschenswert, mit Hilfe der Exzentrizitätsmeßeinheit 32 nur geringfügige Exzentrizitäten elektrisch auszugleichen und das Werkstück 1 möglichst weitgehend zu zentrieren, zumal die Berichtigungsspannung Ub bei besser werdender Zentrierung eine bessere Näi.erung einer idealen Berichtigungsspannung darstellt.

Zur mechanischen Zentrierung des Werkstückes 1 wird bei geöffnetem Schalter 22 der Antrieb 5 nach frühestens einer Umdrehung des Zentrier- und Kipptisches 2 ausgeschaltet, wenn sich beispielsweise die Zentrierschraube 34 gegenüber der Tastspitze 15 befindet und die Exzentrizitätsmeßeinheit 32 die Amplituden a, und a, für das Berichtigungssignal Ua bestimmt hat. Durch Umschalten des Schalters 11 wird dann die dem Winkel λ = 0 zugeordnete Berichtigungsspannung Ubo zu der konstanten Meßspannung Umo addiert, so daß das Anzeigeinstrument 13 einen Wert i/.vo+i/eo anzeigt, der sich aus der Summe der Exzentrizitätskomponente, einem dem Formfehler proportionalen Wert und der Berichtigungsgröße für λ = 0 zusammensetzt. Bei de.Tiin Fi g. 2 dargestellten Beispiel gilt e=2» = t/go-

Wird nun der Schalter 22 geschlossen, so lädt sich der Speicherkondensator 28 des Integrators 26 auf eine Spannung -Uo= t/v/o auf und die am Ausgang des summierenden Verstärkers 20 liegende Differenzspannung UdO=UkIo+ Uo wird Null. Bezeichnet man die Differenz zwischen der dem Winkel λ = 0 zugeordneten Meßspannung i/wo und der Berichtigungsspannung Ubo mit Ui. so ergibt sich aufgrund der Beziehung

Uo π + Un0

nach Einsetzen der oben genannten Definitionen

i/o = -t/wo
UDn = Umo+Uq Umo= Ubo+U,

die Gleichung

Ua ο = Uno + U,-Uin,- Ui + Un0

= i/fl η

Das Anzeigegerät zeigt also den Wert Uno an. Verstellt man nun nach öffnen des Schalters 22 die Zentrierschraube 34 derart, daß die Exzentrizität geringer wird, so sinkt die Differenzspannung

Udo= Umo+U₀,

die ein Maß für die Änderung der Meßspannung Um seit Öffnen des Schalters 22 darstellt, aufgrund der Lageänderung der Tastspitze 15 und der kleiner werdenden Meßspannung Um ab. Wird der Zentriertisch exakt um den Betrag Ubo verstellt, so ergibt sich

Ua 0 = - Ubo+ Ubo+ i/i - Uno- Ui + Un_n = Q-

Das Anzeigeinstrument 13 zeigt nun Null an. Das Werkstück 1 ist mechanisch in Richtung der x-Achse zentriert.

Auf die gleiche Weise kann bei einer neuen Winkeleinstellung mit z. B. χ=— .τ das Werkstück 1 auch in Richtung der /-Achse mechanisch zentriert werden, falls das Werkstück 1 gegenüber dem Zentriertisch 2 auch in Richtung der y-Achse versetzt ist. Dadurch ist es möglich, für eine erneute messung die Verstärkung des Verstärkers 17 zu erhöhen, um damit die Empfindlichkeit des Rundheitsprüfgerätes weiter zu vergrößern, was ohne eine Reduzierung der Exzentrizität wegen Sättigungsgefahr des Verstärkers 17 nich; möglich ware.

Das gleiche Verfahren ist zur Ausrichtung der Symmetrieachse des Werkstückes 1 in Verlängerung der Drehachse des Zentrier- und Kipptisches 2 verwendbar. Dazu wird der oben beschriebene Zentriervorgang in zwei verschiedenen Höhen durchgeführt. Es ist vorteilhaft, die erste Zentrierung in Höhe des Kipp-/Drehpunktes und anschließend die zweite Zentrierung zur Ausrichtung der Symmetrieachse mit Hilfe der Ve~teilelemente für die Kippeinrichtung des Zentrier- und Kipptisches auszuführen.

Selbstverständlich können an die Zentrierschrauben 34 und 36 auch Stellmotore angeschlossen sein, die zur mechanischen Zentrierung mit einer der Ausgangsspannung Ua proportionalen Spannung gesteuert sind. Auch die von Hand betätigbaren Schalter 11 und 22 können durch von der Meßspindel 3 elektrisch gesteuerte Schalter ersetzt sein, um eine selbsttätige elektrische und mechanische Zentrierung zu ermöglichen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Zentrieren eines rotationssymmetrischen Werkstückes auf einem justierbaren Zentrier- und Kipptisch eines Rundheitsprüfgerätes, bei dem die Oberfläche des Werkstückes entlang dessen Umfang linienförmig radial zur Achse der Meßspindel abgetastet wird, von dem dabei gewonnenen Meßsignal ein Berichtigungssignal subtrahiert und als Ergebnis ein im wesentlichen exzentriziiätsanteilfreies Anzeigesignal erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß für wenigstens einen ortsfest gehaltenen Meßpunkt der Amplitudenwert des Meßsignales gespeichert wird und sodann durch Verstellen des Zentriertisches die um den Amplitudenwert des gepeicherten Meßsignales verminderte Summe des diesem Meßpunkt entsprechenden Amplitudenwertes des Berichtigungssignales und des bei der Ver«iellung des Zentrier- und Kipptisches sich ändernden Meßsignales auf Null gebracht wird und daraufhin bei der wieder aufgenommenen weiteren linienförmigen Abtastung das Berichtigungssignal neu bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichern des Meßsignales und das Verstellen des Zentrier- und Kipptisches nacheinander für zwei verschiedene Meßpunkte durchgeführt werden, deren Verbindungsgeraden mit dem Mittelpunkt des Zentrier- und Kipptisches parallel zu den beiden senkrecht aufeinanderstellenden Verschiebungsrichtungen des Zentrier-. .nd Kipptisches verlaufen.

3. Verfahren nach Anspruch Γ dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausrichten der Werkstücksachse zur Drehachse des Zentrier- und Kipptisches eine Zentrierung des Werkstückes unter Verstellung der Kippeinrichtung des Zentrier- und Kipptisches bei zwei verschiedenen Höhen durchgeführt wird.

4. Rundheitsprüfgerät zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3 mit einem ein rotationssymmetrisches Werkstück tragenden, justierbaren Zentrier- und Kipptisch, einem das Werkstück abtastenden Längenmeßtaster und mit eine Berichtigungsspannung erzeugenden Schaltmitteln, deren Ausgangsspannung über einen Inverter zusammen mit der Meßspannung des Längenmeßtasters an die Eingänge einer Additionsschaltung mit Anzeigeinstrument angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Längenmeßtaster (15, 16) und der Additionsschaltung (12) eine Differenz- und Speicherstufe (18) angeordnet ist, die einen mittels eines Schalters (22) an die Meßspannung (Um) anschließbaren Integrator (26) mit einem Speicherkondensator (28) aufweist, dessen Ausgangsspannung mit umgekehrter Polarität (Uo) zusammen mit der Meßspannung (Um) am Eingang eines Verstärkers (20) liegt, über den nach öffnen des Schalters (22) eine aus der Meßspannung (Um) und der umgepolten, gespeicherten Meßspannung (Uo) gebildete Differenzspannung (Ud) an den ersten Eingang der Additionsschaltung (12) geführt ist, deren zweiter Eingang unmittelbar über einen Umschalter (11) mit dem Ausgang der Schaltmittel (7, 8, 9, 32) zur Erzeugung einer Berichtigungsspannung (UiI) verbindbar ist.

5. Rundheitsprüfgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der justierbare Zentrier- und Kipptisch (2) drehbar und der Längenmeßtaster (15, 16) ortsfest ist

6. Rundheitsprüfgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Längenmeßtaster (15, 16) um das ruhende Werkstück (1) fahrbar ist und daß mit Hilfe einer Kipp- und Zentriereinrichtung das Werkstück (1) relativ zur Drehachse bzw. die Drehachse relativ zum Werkstück (1) verstellbar if.

7. Rundheitsprüfgerät nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der justierbare Zentrier- und Kipptisch (2) um seine Querachsen kippbar ist und die Abtasthöhe des Längenmeßtasters (15,16) in Richtung dessen Drehachse verstellbar ist.

8. Rundheitsprüfgerät nach einem der Ansprüche is 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrier- und Kipptisch (2) von Hand betätigbare Zentrierschrauben (34, 36) und Verstellelemente für die Kippeinrichtung aufweist.

9. Rundheitsprüfgerät nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrier- und Kipptisch (2) über von der Ausgangsspannung (Ua) der Additionsschaltung (12) gesteuerte Stellmotore verstellbar ist und die Schalter (11,22) selbsttätig in Abhängigkeit von dem Winkel zwischen dem Längenmeßtaster (15, 16) und den Zentrierschrauben (34,36) betäti^bar sind.