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"Vorrichtung zum Prüfen der Lage mehrerer ausgewählter Punkte
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eines Werkstückes gegenüber einer gemeinsamen Bezugsebene Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zum Prüfen der Lage mehrerer ausgewählter Punkte eines
Werkstückes, insbesondere aus Glas, gegenüber einer gemeinsamen Bezugsebene, insbesondere
zum Prüfen der Planizität scheibenförmiger Werkstückteile für Scheinwerfer oder
dergleichen, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Bei der Herstellung von Werkstücken ist insbesondere bei der Massenfertigung
eine einfache und zuverlässige, rasch durchzuführende Prüfung für die relative Lage
ausgewählter Punkte des Werkstückes gegenüber einer Bezugsebene häufig erwünscht
und erforderlich.
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Dies gilt insbesondere bei der Herstellung von starren Glasteilen,
wie Glasscheiben oder Glaskörpern mit ringförmiger Auflagefläche,
bei
denen die Planizität der Scheibe oder der Auflagefläche rasch und zuverlässig überprüft
werden muß.
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Typische Beispiele für Werkstücke, bei denen eine solche Prüfung in
Frage kommt, sind die Streuscheiben für Automobilscheinwerferi Dabei geht es nicht
nur um solche mit kreisrundem Umriß sondern mit beliebigem, also auch rechteckförmigem,
ovalem oder anderem Umriß. Bei der vorzunehmenden Prüfung soll festgestellt werden,
ob bestimmte Punkte des Werkstückes z.B. der Fußauflage der Streuscheibe, den zwischen
zwei planparallel verlaufenden idealen Flächen vorbestimmten maximalen Abstand a
nicht überschreiten.
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Bei der Überprüfung von Streuscheiben wurde bisher die Planizität
der Fußauflage der Streuscheibe mit Hilfe von zwei Fühlerlehren vorgenommen. Dazu
wurde die Streuscheibe mit ihrer Fußauflage auf eine plane Stahlplatte aufgelegt.
Die beiden Fühlerlehren, deren Dicke der zugelassenen Toleranz entspricht, wurden
dann am Rand der auf der Stahlplatte aufliegenden Fußauflage entlanggeführt, um
festzustellen, ob zwei - vorzugsweise sich diametral gegenüberliegende - Stellen
gefunden werden konnten, an denen man die beiden Fühlerlehren leicht zwischen die
Fußauflage und die Stahlplatte einschieben konnte, ohne die Streuscheibe von ihrer
Auflage anzuheben. Das Werkstück konnte akzeptiert werden, wenn die Fühlerlehren
nicht unter den Rand der Fußauflage geschoben werden konnten. Wurden jedoch zwei
Punkte gefunden, an denen die Fühlerlehren eingeschoben werden konnten, mußte das
Werkstück als Ausschuß angesehen und ausgeschieden
werden.
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Diese Art der Messung oder überprüfung hängt von dem Geschick und
der Sorgfältigkeit der prüfenden Person ab. Auch ist nicht mit Sicherheit festzustellen,
in welcher Lage sich die Planfläche zu der zu prüfenden Ebene am Werkstück befindet.
Die relative Lage dieser beiden Flächen und Ebenen ist abhängig von der zufälligen
Gestalt der Ebene des Werkstückes bzw. der Auflagepunkte des Werkstückes auf der
Planfläche der Stahlplatte. Auch hängt es ein wenig vom Glück ab, ob die die Überprüfung
durchführende Person wirklich die maximalen Unebenheitsstellen ausfindig macht.
Hierbei spielt das Gefühl eine nicht unbedeutende Rolle. Das Verfahren ist neben
seinen Unsicherheiten im Ergebnis auch umständlich und im Betrieb während der Produktion
nur schwer einzusetzen.
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Es ist Aufgabe der ErfindungXhier Abhilfe zu schaffen und eine Vorrichtung
vorzuschlagen, mit der die erforderliche Überprüfung rasch, ohne besonderes Geschick
und besondere Aufmerksamkeit der Bedienungsperson und mit großer Zuverlässigkeit
auch im praktischen Betrieb durchgeführt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs
1 gelöst.
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Bei dieser Anordnung ragen die Tastfühler unter elastischer Vorspannung
über die eigentliche Auflageebene für das Werkstück
hinaus. Die
Auflageebene steht in fester, einstellbarer Beziehung zu der Kontaktfläche der durch
die Tastfühler betätigbaren Anzei geelemente, so daß bei Auslösung der Anzeigeelemente
ein zuverlässiges Signal gegeben wird, wenn der dem betreffenden Anzeige-1 element
und dem Tastfühler zugeordnete Punkt am Werkstück von der Auflageebene einen Abstand
aufweist, der innerhalb der zulässiges Toleranz liegt. Spricht der Tastfühler nicht
an, so ist das ein Anzeichen dafür, daß der Abstand die vorgegebene Toleranz übersteigt.
Liegen die Kontaktflächen aller Anzeigeelemente in einer gemeinsamen Ebene die parallel
zur Auflageebene ausgerichtet ist; so wird mit der Vorrichtung die Abweichung von
Punkten des Werkstückes von der gemeinsamen Sollebene festgestellt. Es handelt sich
dann also um eine Plänizitätsüberprüfung.
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Die Anzeigeelemente können vorzugsweise elektrische Schalter mit sehr
kleinem Schaltweg oder auch sogenannte Sensorenschalter ode berührungslos arbeitende
Schalter sein, welche gemeinsam so in einem Anzeigekreis angeordnet sind, daß im
einfachsten Falle, z.B. durch eine Leuchtanzeige, der die Vorrichtung bedienenden
Person in Form einer "a a" und einer "nein" Aussage Auskunft über Annehmbarkeit
oder Vorliegen eines Ausschusses gegeben wird.
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Durch die pendelnde Lagerung der die Tastfühler einerseits und die
Anzeigeelemente andererseits tragenden Halterung wird in Verbindung mit der gleichförmigen
Ausbildung, Anordnung und elastischen Vorspannung der einzelnen Tastfühler gewährleistet,
daß Diese und die Auflageebene sich genau auf die mittlere Auflageebene ces Werkstückes
einstellen können, und zwar ohne Aufmerksamkeit
und ohne Einwirkung
der Bedienungsperson. Man erhält so eine wesentlich genauere ffberprUfung.
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Die Zahl der Tastfühler bzw. deren gegenseitiger Abstand und damit
die Zahl der Meßpunkte bzw. deren Abstand kann beliebig variiert werden. Es ist
aber auch möglich, mit Hilfe einer besonderen Zustelleinrichtung, die auch zum anfänglichen
Auflegen und Absenken des Werkstückes bis zur Auflage auf der Auflageebene verwendet
werden kann, das Werkstück in vorbestimmten Winkelschritten gegenüber der Halterung
und den Tastelementen zu drehen, so daß mit einer begrenzten Anzahl von Tastfühlern
ein Mehrfaches an Punkten überprüft werden kann.
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Durch relative Verstellung des Abstandes des Betätigungsendes der
Tastfühler und der Kontakt fläche der Anzeigeelemente läßt sich auf einfache Weise
jeder gewünschte zulässige Toleranzbereich einstellen.
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Die Messung ist außerordentlich rasch und zuverlässig durchzuführen.
Sie bedarf keinerlei Aufmerksamkeit oder Geschick seitens der Bedienungsperson.
Eine genaue Zentrierung des Werkstückes gegenüber den Schwenkmittelpunkt der kugelschalenförmigen
Lagerfläche ist nicht erforderlich. Bei radial langgestreckter Ausbildung der einzelnen
Tastfühler können Werkstück beliebiger Form und beliebiger Größe ohne Vornahme von
Anderungen rasch. und in beliebiger Reihenfolge überprüft werden. Das Gerät ist
a oordentlich robust und läßt sich daher besonders im praktisc"~n
Betrieb
bei der Massenherstellung von Werkstücken, insbesondere aus Glas, einsetzen. Die
zu überprüfende Fläche wird dabei außerordentlich schonend behandelt. Die Gefahr
von Kratzern oder anderweitigen Beschädigungen besteht nicht. Die bisher in Kauf
zu nehmenden, nicht zu kontrollierenden Faktoren, die weiter oben im Zusammenhang
mit dem Stand der Technik näher erl;«ert wurden, werden durch die frei pendelnde
Lagerung der Teile zuverlässig ausgeschaltet. Wird eine Zustelleinrichtung der angedeuteten
Art verwendet, die am Gestell geführt ist, ergibt sich eine einfache und sichere
Auflage des Werkstückes auch bei frei pendelnder Lagerung der Halterung für die
Tastfühler und die Anzeigeelemente. Besonders zuverlässige Ergebnisse erzielt man,
wenn man den Mittelpunkt der kugelschalenförmigen Lagerfläche in dem Schwerpunkt
der Halterung und der zugehörigen mitschwenkenden Teile anordnet. Dadurch werden
Schwerkrafteinflüsse bei der Messung weitgehend ausgeschaltet.
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Die Erfindung wird nachfolgend an Hand schematischer Zeichnungen an
einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch die Vorrichtung
entlang der Schnittlinie II-II der Fig. 2.
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Fig. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig. 1, ohne zu überprüfendes
Werkstück.
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Bei der Vorrichtung handelt es sich vorzugsweise um ein tragbares
Tischgerät. Die Vorrichtung weist einen tischartigen Basisteil 1 auf, von dem auf
einer Seite außen ein Tragarm 2 nach oben ragt.
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In dem Tragarm ist fest ein Zentrier- und Führungsstift 3 angeordnet,
der mit einer Begrenzungsauflage 4 der noch weiter unten zu beschreibenden Halterung
verbunden ist. In einer senkrechten Gleitführung des Haltearmes 2 ist entsprechend
dem Pfeil 7b ein Führungsstift 5 reibungsarx, senkrecht verschiebbar, der an seinem
oberen Ende eine kugelschalenförmige Lagerung 6 für einen Verbindungsfinger 7 trägt,
der bei 7a mit einem Teil der Halterung fest verbunden ist. Der Finger 7 dient zur
Stabilisierung des frei schwenkbar gelagerten Halteteils, wie dies weiter unten
noch deutlicher wird.
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Von der Mitte des tischförmigen Basisteiles 1 ragt ein Führungs-und
Einstellstift 8 mit Gewinde nach oben, der zur Aufnahme und Führung und zur Anderung
der Vorspannung einer Feder 9 mit Hilfe einer auf dem Gewindestift 8 als Federwiderlager
aufgeschraubten Mutter dient. Ein Einstellknopf unterhalb der Tischplatte dient
zur Verstellung der Federvorspannung, wobei die Widerlagermutter gegen Mitdrehen
gesichert ist.
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Das obere Ende der Feder 9 liegt am unteren Ende eines senkrechten
Schaftes 10 an, der in senkrechter Richtung, wie durch den Doppelpfeil 11 angedeutet
ist, entgegen der Federvorspannung verschiebbar ist. Zu diesem Zweck ist er reibungsarm
in einer Gleitführung 16 einer hohlzylindrischen Säule 17 gefahrt, die fest mit
dem tischförmigen Basisteil 1 verbunden ist.
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Der Schaft 10 trägt an seinem oberen Ende eine Nabe 12, an der drei
radial vorspringende, in gleichen Winkelabständen angeordnete Arme 15, 14 und 15
befestigt sind. Der Schaft 10 und die Arme 13 bis 15 bilden eine Zustelleinrichtung
für ein Werkstück W, das im dargestellten Beispiel als Streuscheibe für einen Autoscheinwerfer
angenommen ist und einen Aufl age fuß mit einer Auflagefläche W1 aufweist, deren
Planizität überprüft werden soll. Das Werkstück W wird in der dargestellten Weise
gem. Fig.1 auf den durch die Feder 9 in die obere Stellung gedrängten Armstern 13
bis 15 aufgelegt. Der Arm 13 weist an seinem freien Ende ein langgestrecktes Fenster
und einen darunterliegenden Anschlag auf und ist auf den Führungsstift 3 aufgefädelt,
wobei der Anschlag in der abgesenkten Stellung des Armsternes mit dem gestellfesten
Begrenzungsanschlag 4 zusammenwirken kann. Dem Begrenzungsanschlag 4 kann auch ein
Grenzschalter zur Anzeige der tatsächlichen Erreichung der Meßstellung zugeordnet
sein.
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Am oberen Ende der hohlzylindrischen Säule 17 wird ein Kugellager
18 mit kugelschalenförmiger Lagerfläche fest unterstützt.
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Der Mittelpunkt der kugelschalenförmigen Lagerfläche ist mit 19 bezeichnet,
so daß der äußere Laufring des Kugellagers entsprechend dem Doppelpfeil l9a in allen
Richtungen in Grenzen um den Mittelpunkt 19 verschwenkt werden kann. Der mittelpunkt
19 der Lagerfläche ist bevorzugt nahe oder zusammenfallend mit dem Schwerpunkt der
Teile angeordnet, die mit dem äußeren Laufring des Kugellagers verbunden sind.
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Um den Schwenkpunkt 19 ist auf der kugelschalenförmigen Lagerfläche
ein Halteteil allseitig schwenkbar abgestützt. Dieser besteht aus einer starren
Platte 20 von beliebigem Umriß, die auf ihrer Oberseite eine zur Messung dienende
Bezugsebene 20a darbietet. Im dargestellten Beispiel, bei dem angenommen ist, daß
die Meßpunkte im wesentlichen etwa konzentrisch zu dem Schwenkpunkt 19 verteilt
angeoranet sind, weist die Platte 20 mehrere in Richtung von unterschiedlichen Radien
langgestreckte Fenster 21 auf. In jedem Fenster ist im wesentlichen spielfrei ein
ebenfalls langgestreckter Tastfühler 40 angeordnet, der nach oben in einer entlang
dem Radius langgestreckten Schneide 41 endet.
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Wie Fig. 2 zeigt, sind im dargestellten Beispiel sechs Tastfühler
40a bis 40f vorgesehen, die jeweils paarweise diametral zueinander ausgerichtet
sind. Die Tastfühler sind auf dem gleichen Teil kreis in vorzugsweise gleichen Winkelabständen
konzentrisch zu der Achse des Schaftes 10 angeordnet, auf welcher Achse auch deri
Schwenkpunkt 19 liegt.
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Die starre Platte 20 ist auf ihrer Unterseite fest mit einer Verbindungsplatte
23 verbunden, die einstückig oder auch über Verbindungselemente mit mehreren in
Umfangsrichtung verteilten und nach unten vorspringenden Gehäuseabschnitten 23a
verbunden ist. Die Zahl der nach unten ragenden und vorzugsweise auf einem gemeinsamen
Teilkreis liegenden Gehuseabschnitte entspricht der Zahl der verwendeten Tastfühler.
Im Inneren jedes Gehäuseabschnittes
ist ein reibungsarmes Gleitlager
42a für einen Schaft 42 vorgesehen, der in Richtung des Doppelpfeiles 44 senkrecht
zur Auflageebene 20a verschiebbar angeordnet und fest an der Unterseite des zugehörigen
Tastfühlers 40 befestigt ist. Eine Vorspannfeder 43 dient dazu, den Tastfühler 40
nach oben in Richtung auf die aus Fig. 1 ersichtliche obere Stellung des Tastfühlers
vorzuspannen, in welcher Stellung die Schneide 41 unterhalb der sich in der oberen
Stellung befindlichen Auflageebene der Zustellarme 13 bis 15,aber oberhalb der Bezugsebene
20a der Scheibe 20 befindet. Diese Stellung wird durch einen unteren Anschlag am
Schaft 42 des Tastfühlers bestimmt. Jeder Tastfühler ist durch eine gesonderte Feder
43 einzeln und unabhängig von den anderen Tastfühlern in axialer Richtung entsprechend
dem Pfeil 44 verschiebbar. Jeder Schaft 42 weist an seinem unteren Ende eine Betätigungsfläche
45 auf, der in axialer Richtung gegenüber der Kontaktfläche 47 einer Anzeigeeinrichtung
angeordnet ist. Im dargestellten Beispiel ist angenommen, daß es sich bei den Anzeigeeinrichtungen
um Mikroschalter 46 handelt, welche eine Wegemp-Wfindlichkeit in bezug auf Ein-
und Ausschalten von kleinen Strömen von weniger als 1/10 mm aufweisen.
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Im dargestellten Beispiel sind alle Anzeigeeinrichtungen 46 auf dem
unteren Flansch eines Hülsenabschnittes 26 fest montiert, der über ein Gleitlager
25 auf der Außenseite eines Rohrteiles 24 verschiebbar angeordnet ist. Das Rohrteil
24 nimmt an seinem oberen Ende in Verbindung mit dem Teil 23 der Halterung den äußeren
Lagerring de s des kugelschalenförmigen Lagers 18 auf. Die
Teile
24sund 26 sind also teleskopartig zueinander angeordnet und werden durch mehrere
obere Federn 27 unter einer Vorspannung gehalten, die versucht, die beiden Teile
auseinander zu drängen.
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Die Federkraft wird durch einen Einstellring 28 aufgenommen, der bei
29 am unteren Ende des Rohrabschnittes 24 über Feingewinde schraubbar ist und die
Lage des die Anzeigeelemente 46 tragenden Flansches und damit den Abstand der Betätigungsfläche
115 der Tastelemente und der Kontaktfläche 47 der Anzeigeelemente bestimmt. An dem
Einstellring 28 kann ein Zeiger 30 angeordnet sein, der mit einer Zeigerspitze 31
mit einer Skala 32 am äußeren Umfange des Tragflansches für die Anzeigeelemente
46 zusammenwirkt. Die Verstellbewegung ist durch den Doppelpfeil 33 angedeutet,
Man erkennt, daß die Platte 20 mit dem Tragteil 23 und den die Fühler aufnehmenden
Gehäusen sowie dem dazu teleskopartig bewegbaren Teil für die Anzeigeeinrichtungen
eine Einheit bilden, welche als Ganzes gegenüber der Säule 17 und der Zustelleinrichtung
13 bis 15 um den Punkt 19 gemäß dem Pfeil 19a in allen Richtungen in Grenzen schwenkbar
ist. Die unterhalb der Platte 20 liegenden Teile der Trageinrichtung umgeben die
Säule 17 glockenartig und sorgen dafür, daß der Schwerpunkt der beweglichen schwenkbaren
Teile ausreichend tief liegt, so daß der Schwerpunkt mit dem Schwenkpunkt 19 zusammengelegt
werden kann.
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Eine äußere Schutzwand 50 umgibt mit Abstand die Anzeigeeinrichtungen
46 und das untere Ende der nach unten ragenden Gehäuseabschnitte
für
die Schäfte 42, so daß die wichtigen Kontaktbereiche1 nach außen geschützt sind
und jeder Eingriff von außen verhinder ist.
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Die schwenkbare Einheit wird, wie zuvor beschrieben, durch den Finger
7 bei ihren Bewegungen an ihrem Gestell stabilisiert.
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Für den Gebrauch wird das Werkstück W auf die Zustelleinrichtung aufgelegt
und das Werkstück lehrt nach unten gedrückt, bis der zu überprüfende Auflagerand
W1 des Werkstückes so weit abgesenkt ist, daß sich die Bezugsebene 20a unter der
integrierenden Wirkung der Federn 43 automatisch in eine ausgeglichene Stellung
gegenüber der Ebene der Auflagefläche W1 des Werkstückes einstelj len kann. Die
Tastfühler werden dabei entgegen der Vorspannung der Federn 43 nach unten gedrückt.
Sie bleiben in einer Stellung stehen, welche dem tatsächlichen Abstand des Berührungspunktes
an der Auflagefläche 1 des Werkstückes von der gemeinsamen Bezugsebene 20a entspricht.
Dieser Abstand wird auf die Betätigungsfläche 45 des Schaftes 42 und damit auf die
Kontaktfläche 4 der Anzeigeeinrichtung 46 übertragen. Die Anordnung kann beispielsweise
so getroffen werden, daß die Betätigung der Anzeigeeinrichtungen erfolgt, wenn der
zugehörige Tastfühler 40 gegenüber der Bezugsebene 20a um 5/10 mm hinausragt.
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Sollte bei der Uberprüfung der Fall eintreten, daß ein oder mehr al
ein FAhlschalter gegenüber der Bezugsebene 20a nicht bis auf viren Abstand von maximal
0,5 mm heruntergedrückt werden kann,
erfolgt eine Anzeige, z.B.
das Aufleuchten einer roten Lampe, die anzeigt, daß das Werkstück unbrauchbar ist.
Werden sämtliche Meßfühler 40 bis auf einen Abstand innerhalb des Toleranzbereiches
gegenüber der Bezugsebene 20a nach unten gedrückt, so leuchtet eine grüne Lampe
auf, die anzeigt, daß das Werkstück brauchbar ist. Das Erreichen der ausreichend
herabgedrückten Stellung des Werkstückes W kann durch einen Grenzschalter im Bereich
des Anschlages 4 angezeigt werden.
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Bei Änderung der Toleranz braucht lediglich der Stellring 28 entsprechend
verdreht zu werden, bis bei 31, 32 die gewünschte Toleranzanzeige erreicht ist.
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Neben der Einfachheit und der Schnelligkeit der Überprüfung bietet
das neue Gerät den entscheidenden Vorteil, daß durch die Beweglichkeit der Bezugsebene
20a bzw. der Platte 20 um den Schwenkpunkt 19 eine ideale Anpassung der Bezugsebene
20a an die tatsächliche Auflagefläche W1 des Werkstückes automatisch erreicht wird,
wobei die integrierende und Mittelwert bildende Wirkung der Federn 43 ausgenützt
wird. Von dieser mittleren Lage der Bezugsebene 20a in bezug auf die Auflageebene
W1 aus wird die Messung der Lage der einzelnen Meßpunkt vorgenommen. Man erhält
dadurch eine wesentlich genauere, dem Werkstück angepaßte Überprüfung.
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Falls gewünscht, kann die Zahl der Tastfühler vergrößert oder verkleinert
werden. Es sollten mindestens drei Tastfühler vorgesehen
sein.
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Falls gewünscht, kann auch die Zustelleinrichtung 13 bis 15 relativ
zu der Platte 20 um vorbestimmte Winkelschritte verstellbar sein, so daß mit wenigen
Tastfühlern in mehreren Meßschritte? eine größere Anzahl von Meßpunkten erhalten
wird.
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Statt der Mikroschalter mit mechanischer Betätigung können auch berührungslose
Schalter oder Schaltsensoren verwendet werden, wie sie als Bedienungselemente für
Fotoapparate, Plattenspieler oder dgl. bekannt sind.
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Die Anordnung der Tastfühler 40 braucht auch nicht kranzförmig zu
sein. Die Tastfühler können auch in zwei langgestreckten Reihen angeordnet werden.
Es ist jedoch zweckmäßig, die Tastfühler stets paarweise einander gegenüberliegend
anzuordnen.
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Statt der Tastschneiden können auch fingerförmige Tastelemente vorgesehen
sein, insbesondere dann, wenn nicht Planizitätssondern Abstandsmessungen von Punkten
einer profilierten Fläche gegenüber einer Bezugsebene vorgenommen werden sollen.
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Das Meßgerät kann für beliebige Werkstücke aus beliebigem Material
eingesetzt werden, soweit das Werkstück eine zur Bezugsebenel parallel ausrichtbare
Auflageebene besitzt, die durch mindestens drei Punkte bestimmt wird.