-
-
Vorrichtung zur Messung der Klümmung einer einfach
-
geklümmten Obeifläche In Metall- bzw. Walzblech-Fertigungsbetrieben
etc. werden für die Messung und die Kontroile der Krümmung von Blechen oder Profiien
gewöhnlicherweise Radius-Schablonen verwendet. Da für jeden speziellen Krümmungsradius
eine gesonderte Radius schablone erforderlich ist, ist der Satz derartiger Schablone
in einem Fertigungsbetrieb mit einem breitgefächertem Fertigungsprogramm ganz umfangreich.
Der Gebrauch von Radius-Schabionen setzt ferner voraus, daß man mit der Handhabung
dieses Werkzeugs vertraut ist und das Werkzeug geschickt handhaben kann. Die Krümmung
ist in der Praxis seiten exakt konstant, sondern sie variiert in einem gewissen
Bereich entiang der zu untersuchenden Krümmungslinie.
-
Eine mit einer Schablone durchgeführte Messung erzeugt keinen zahlenmäßigen
Ausdruck iLgendeiner Unregelmäßigkeit; diese muß vielmehr durch die Bedienungsperson
der Schablone abgeschätzt werden, indem das Aumaß des Luftspalts zwischen der Schablone
und dem Werkstück beurteilt wird.
-
Auf der anderen Seite gibt es auch verschiedene Arten von Vorrichtungen,
die für die Messung einer Oberfiächen-Krümmung und -ovaiität herangezogen werden
können, die mit einer Sensor- bzw. Tast-Einrichtung versehen sind, weiche in der
Ebene der Krümmung entlang dem Werkstück bewegt wird und die ein Meß-System besitzt,
weiches mit den erforderlichen Elementen ausgestattet ist, um die Gestalt des Werkstücks
mit der erforderlichen Genauigkeit zu ermitteln. Derartige Vorrichtungen sind im
allaemeinen sehr schwer, sie nehmen viel Raum in Anspruch und sind darüber hinaus
teuer, wodurch ihre Verwendungsmöglichkeit eingeengt wird.
-
Der Erfindung iiegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Messung
einer einfach gekrümmten Oberfläche zu schaffen, die einen einfachen und ieichten
Aufbau besitzt, die einfach zu bedienen ist und die trotzdem die Durchführung einer
Messung mit einer großen Meßgenauigkeit ermöglicht.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist mit drei Kontakt-Elementen ausgestattet,
die zueinander jeweils in einem gewissen Abstand stehen und die in Anlagekontakt
gegen die Oberfläche gebracht werden können, deren Krümmung gemessen oder kontrolliert
werden soll; eines der Kontakt-Eiemente kann relativ zu den anderen beiden Elementen
auf einer Bahn bzw. in einer Führung verschoben werden, die sich in eine Richtung
erstreckt, die senkrecht auf der Linie steht, weiche die Kontaktpunkte der anderen
beiden Elemente auf der Oberfläche miteinander verbindet; die Vorrichtung ist ferner
mit einem Meß-System ausgestattet, welches durch das verschiebbare Kontakt-Element
betätigt wird und so aufgebaut ist, daß es in Abhängigkeit von der sich änderrlden
Position des Kontakt-Elements auf seiner Bahn bzw. in der Führung, weriri es der
Krümmung der Oberfläche folgt, einen Meßwert
zur Anzeige bringt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß die
Kontakt-Elemente und das Meßsystem an einem Vorichtungs-Rahmen montiert sind, der
mit einem Handgriff verstehen ist und der ferner eine Beechnungseinheit aufnimmt
bzw.
-
trägt, die so aufgebaut ist, daß sie mit dem Meßwert gespeist werden
kann und daraus die Oberflächen-Krümmunq errechrlet; die Vorrichturlg rst dabei
mit einer Einrichtung ausgestattet, weiche die Anzeige des errechneten Krümmungs-Meßwerts
ermöglicht. Der Ausdruck "Krümmunas-Meßwert" steht hie entweder für den Krümmungsradius
(mögLicherweise auch für den Krümmungsdurchmesser) oder für die:.Krümmung, d.h.
den Reziprokwert des Krümmungsradius.
-
Zumindest die beiden Kontakt-Elemente, welche die oben erwähnte Verbindungslinie
bzw. Verbindungsgerade festiegen ,sind bevorzugterweise als Rollen ausgeführt, weiche
im Vorrichtungsr-ahmen gelagert sind, so daß sie auf der Oberfläche, deren Krümmung
gemessen werden soii, eine Rollbewegung ausführen können. Die Vorrichtung ist so
konzipiert, daß die Anzeige-Einrichtung auf de Grundlage einer Anzahl von während
der Rollbewegung durchgeführten aufeinanderfolgenden Messungen einen Mittelwert
derKr-ümmungs-Meßwerte anzeigt. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung kann man zusätzlich vorsehen, daß die Krümmungswerte, die von den
jeweiligen aufeinanderfolgenden Meßwerten, die man aus einer Reihe von Messungen
erhaiten hat, abgeieitet wurden, miteinander verglichen werden, um den Minimal-
und/oder den Maxiamiwert zu bestimmen, der in dieser Meßreihe auftritt. Die Anzeige
Einrichtung wird in diesem Fall veranlaßt, den Maximal-und/oder den Minimalwert
der Krümmungs-Meflwerte in dieser
Meßreihe anzuzeigen.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich gut für die Untersuchung
von Werkstücken, die in Walzen-Biegemaschinen und Kreisplatten-Biegemaschinen geformt
wurden, oder zur Untersuchung von anderen im allgemeinen derart gekrümmten Werkstücken,
die bislang mitteis Radius-Schablonen gemessen und geprüft wurden.
-
Nachstehend werden anhand schematischer Zeichnungen mechrere Ausführungsbeispiele
den Enfindung nähen eiläutern. Es zeigen: Fig. 1 eine Ansicht einer ersten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 2 eine Ansicht einer zweiten Ausführungsform
de erfindungsgemäßen Vorrichtung, und Fig. 3 ein Blockschaltbild für eine Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
-
Die in Fig. 1 gezeigte Vollichtung zeigt einen kastenförmigen Rahmen
1, an dessen oberem Abschnitt ein Handgriff 2 mit einer Trigger- bzw. Einschaltimpuls-Einrichtung
3 befestigt ist, die einen auf der Innenseite des Handgriffs montierten Kontakt
betätigt, wobei der Schließvorgang dieses Kontakts die Vorrichtung in Meßbeleitschaft
versetzt. Ein Paar von Stütz- bzw.
-
Haitebeinen 6, 7, die sich jeweils von einem Endabschnitt des Bodens
des kastenförmigen Rahmens wegelstLecken, sind fest mit dem kastenförmigen Rahmen
verbunden und tragen jeweils ein Rad bzw. eine Rolle 4 bzw. 5. Eine dritte Rolle
8 ist auf einem Haltearm 9
genau mittig zwischen den Haltebeinen
6 bzw. 7 gelagert, und der Haltearm 9 ist in einer im Rahmen ausgebildeten Führung
linear verschiebbar, die sich in einer solchen Richtung erstreckt, daß die Bewegungsbahn
des Arms 9 einer Linie folgt, die auf der Ebene durch die Achsen der Rollen 4 und
5 senkrecht steht und die, wenn die Rollen unterschiedlichen Durchmesser- aufweisen,
folgiich auch auf der Verbindungslinie der Kontaktpunkte der Rollen 4 bzw. 5 auf
der Oberfläche 10 deren Krümmung gemessen werden soll, senkrecht steht; die Trigger-Einrichtung
3 wird dann nach innen gedrückt, um die Meßeinrichtung zu betätigen. Der Ausgabewert
des Meß-System wird während des Meß-Vorgangs intermittierend auf die im Gehäuse
1 aufgenommene Vorrichtung übertragen, die somit mit einer Reihe von Meßwerten versorgt
wird. In der Vorrichtung wird dann ein Mittelwert der gemessenen Krümmungsradien
und zusätzlich auch der größte und der kieinste während des Meßvorgangs auftretende
Wert des Krümmungsradius errechnet. Diese Werte werden durch Drücken eines Knopfs
in einem Tastenfeid 12 auf eine Ziffern-Anzeigetafel 11 gegeben; die im Tastenfeid
12 vorgesehenen Druckschalter tragen die Bezeichnung "Max", "Mittel", bzw. "Min".
Mittels eines Wechselschalters 13 kann die Vorrichtung so eingestellt werden, daß
sie entweder einen Krümmunqsradius oder einen Krümmungsdunchmessen anzeigt.
-
Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform zeigt einen schachtei-
bzw. kastenförmigen Rahmen 14, der mit einem Handgriff 15 versehen ist, der wiederum
eine Trigger- bzw. Einschaitimpuls-Einrichtung 16 besitzt.
-
Ein Paar von Stütz- bzw. Haltebeinen 17 bzw. 18 sind fest am Boden
des kastenförmigen Rahmens befestigt und sie tragen jeweils eine Rolle 19 bzw. 20.
Eine dritte Rolle 21 ist auf einem Bolzen gelagert, der
parallel
zu den Bolzen bzw. Achsen der Rollen 19 und 20 ausgerichtet ist und sie ist am äußersten
Ende eines Auslegerarms 22 angeordnet, der um die Achse bzw. um den Bolzen de Rolle
19 verschwenkbar ist; dieser Auslegerarm 22 wird durch die Vorspannkraft einer nicht
gezeigten Feder beaufschlagt, die den Auslegerarm 22 vom Vorrichtungsgehäuse 14
weg verschwenken will, wodurch die Rolle 21 stets in Berührung mit der gekrümmten
Oberfläche 23 gehalten wird, auf der die Rollen 19 und 20 anliegen. Der Auslegerarm
22 ist -wie dies durch die gestrichelte Linie 24 angedeutet ist- mit einem Goniometer
bzw. Winkelmeßinstrument veLbunden, der den daLc3estelLtell Winkel mißt, den der
Ausleger arm 22 mit einer Ebene einschließt, die durch die Achsen der Rollen 19
und 20 verläuft.
-
Anders ausgedrückt mißt das Goniometer den Winkel (, aus einer Position,
in weicher die-Achse bzw. der Drehbolzen der Rolle 21 in die durch die Achsen der
Rollen 19 und 20 verlaufende Ebene fällt. Dieses Goniometer kann beispielsweise
als Potentiometer ausgeführt sein, weiches eine Ausgangsspannung liefert, die proportional
zum Meßwinkel ist. Die Vollichtung funktioniert ebenso wie die Vorrichtung gemäß
Fig. 1 und wid auch für gleiche Zwecke verwendet.
-
Die zur Vorrichtung gemäß Fig. 1 gehörende Rolle 8 ist in das Blockdiagramm
gemäß Fig. 3 aufgenommen und ist auf einem Haltearm 9 gelagert, der im Vorrichtungsrahmen
verschiebbar angeordnet ist. Der Haltearm 9 betätigt ein Meß-System 25, das eine
elektrische Signal-Ausgabeeinrichtung besitzt und so aufgebaut ist, daß es jedesmai,
wenn es durch einen von einem Impulsgenerator 27 empfangenen Impuls angesteuert
bzw.
-
betätigt wird, ein (entweder analoges oder
numerisches
bzw. digitali siertes) Signal mit einem der gemessenen Verschiebung d entsprechenden
Wert auf ihren Ausgang 26 gibt. Der Impulsgenerator 27 kann so ausgeführt werden,
daß er mit einer konstanten Impulsfrequenz arbeitet, die durch einen Schwingkreis
bzw. Oszillator festgelegt ist; gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltung
kann er mit einem Impulskontakt versehen werden, der durch eine der Rollen 4, 5
und 8 beispielsweise unter Herariziehung nockenähniicher Vorsprünge auf dem Impulskontakt
angetrieben wird. Damit ergibt sich die Aussendung eines oder mehrere Impulse vom
Impulsgenerator für jede ganze duLchgefühLte Umdrehung der jeweiligen Rolle.
-
Die vom Impulsgenerator ausgesandten Impulse werden nicht nur auf
das Meß-System 25, sonden auch auf eine Berechnungs-Einheit 28 gegeben, die vorgesehen
ist, um die Summe der Anzahl von im laufe eines Meßvorgangs ausgesandten Impulsen
zu berechnen.
-
Der Ausgang 26 des Meß-Systems 25 ist zum einen mit einem Eingang
29 eines Dividier-Kaikulators 31 verbunden, der die Summe der während eines Meßvorgangs
vom Meß-System 25 ausgegebenen Siganlwerte errechnet, und er steht andererseits
mit zwei Speichern 32 und 33 in Verbindung. De Speicher 32 ist mit einer Vergleicher-Einheit
versehen, die den Signalwert des Eingangs und den im Speicher gespeicherten Signalwert
miteinander vergleicht. Wenn sich herausstellt, daß dieser gespeicherte Signalwert
größe ist als der am Eingang anliegende Signalwert wird der gespeicherte Wert geiöscht
und durch den zuletzt angekommenen Signalwert ersetzt. Nach Empfang einer Reihe
von Signalwerten ist somit der niedrigste Signalwert dieser Reihe im Speicher 32
gespeichert. Der Speicher 33 ist in entspechende Weise so aufgebaut, daß er den
größten
Signalwert der ankommenden Signalwert-Reihe registriert.
-
Die Betätigung eines Druckknopf-Kontakts (der dem in Fig. 1 und 2
mit "Mittel" gekennzeichneten Druckknopf entspricht) veranlaßt die Berechnungseinrichtung
28 dazu, die in ihr errechnete Summe auf den zweiten Eingang 30 des Kalkuiators
31 zu geben. Der Kalkulator dividiert dann die Summe der in ihm gespeicherten Signalwerte
durch die an ihn weitergeleitete Summe von Impulsen. Das Ergebnis, welches einen
Mittelwert aller während eines Meßvorgangs des Meß-Systems 25 ausgesandten Signalwerte
darstellt, wird über den Ausgang 34 des Kaikulators 31 auf eine Berechnungs-Einheit
35 gegeben. Diese Einheit berechnet aus dem ankommenden Signalwert den diesem Signalwert
entsprechenden Krümmungsradius und gibt den errechneten Wert auf eine Anzeige-Einrichtung
36, die mit einer Ziffern-Anzeigevorrichtung verstehen ist.
-
Die Betätigung eines Druckknopfs-Kontakts 38 (der dem in den Fig.
1 und 2 mit "Max" gekennzeichneten Duckknopf entspricht) veranlaßt den Speiche 32,
den in ihm gespeicherten kleinsten Signalwert der Signalreihe auf den Ausgang 40
des Speichers zu geben, der mit der Berechnungseinheit 35 in Vebindung steht.
-
Die Anzeige-Einrichtung 36 wird dadurch veranlaßt, den Wert des größten,
während des Meßvorgangs durch die Vorrichtung gemessenen Krümmungsradius anzuzeigen.
-
Die Betätigung eines Druckknopf-Kontakts 39 (der dem in den Fig. 1
und 2 mit "Min" gekennzeichneten Druckknopf entspricht) veranlaßt den Speicher 33,
den darin gespeicherten größten Signalwert der Reihe über den Ausgang 41 auf die
Berechnungseinheit 35 zu geben, die dann den kleinsten durch die Vorrichtung während
des Meßvorgangs gemessenen Krümmungsradius berechnet
und an die
Anzeige-Einrichtung weitergibt.
-
In einer Abwandlung der beschriebenen Vorrichtung ist die Berechnungseinheit
35 mit dem Ausgang des Meß-Systems verbunden, und der Ausgang 34 des Kalkulators
bzw. der Berechnungseinheit 31 und die Ausgänge 40 und 41 der Speicher 32 und 33
sind direkt mit der Anzeige-Einrichtung 36 verbunden. Der Kalkulator 31 und die
Speicher 32 und 33 werden in diesem Fall anstatt mit den Meßwerten vom Meß-System
25 mit Radiuswerten versorgt, die diesen Meßwerten entsprechen.
-
Die Berechnung, die in der Berechnungseinheit durchgeführt werden
soll,ist äußerst einfach. In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform wird der Krümmungsradius
wie folgt berechnet: R d2 + b2 + + 2d wobei R = den Krümmungsradius, d = den Abstand
der Drehachse der Rolle 8 von der durch die Achsen der Rollen 4 und 5 definierten
Ebene, b = den Abstand der jeweiligen Achse der Rollen 4 bzw. 5 von de durch die
Achse der Rolle 8 und der Verschiebewegung des Haltearms aufgespannten Ebene, und
= = den Radius all der Rollen darstellt. Der Wert d besitzt ein positives Vorzeichen,
wenn eine konkave Oberfläche gemessen wird, und er hat
ein negatives
Vorzeichen, wenn eine konvexe Oberfläche gemessen wird. Auch der mit de Größte d
berechnete Wert des Krümmungsradius R wird dann bei einz konkaven Oberfläche positiv
und bei einer konvexen Oberfläche negativ.
-
In de in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform berechnet sich der Krümmungsradius
R wie folgt:
wobei R = den Krümmungsradius, a = den Abstand der Drehachse der Rolle 19 zu den
jeweiligen Achsen der Rollen 21 und 20, = = den durch den Auslegerarm 22 bezüglich
einer Null-Stellung angezeigten Winkel,wobei die Null-Stellung diejenige Stellung
ist, in der die drei Drehachsen der Rollen 19, 20 und 21 in der gleichen Ebene liegen,
und r = den Radius aller Rollen darstellt. Der WinkelU elhält bei der Messung einer
konkaven Oberfläche ein positives und bei der Messung einer konvexen Oberfläche
ein negatives Vorzeichen.
-
Auch der aus dem Winkel oil errechnete Wert des Krümmungsradius R
wird dann positiv für eine konvexe Oberfläche.
-
Die praktische Ausgestaltung der Vorrichtung kann in mannigfacher
Weise variieret werden, ohne den Rahmen de Erfindung zu verlassen. Man kann beispielsweise
vorsehen,
daß der Mittelwert durch die Anzeige-Einrichtung nach Abschluß des Meßvorgangs sofort
angezeigt wird, sobald die Trigger-Einrichtung außer Funktion gesetzt bzw. Losgelassen
wird, so daß lediglich die Anzeige des Maximal- und des Minimal-Werts ein Niederdrücken
der entsprechenden Druckknöpfe bzw. -schalter (oder, falls erwünscht, eines einzigen
Druckschalters, der die Anzeige des Maximal- und des Minimal-Werts in einem Zeitabstand
von wenigen Sekunden herbeiführt) erfordert. Es kann ferne dienlich sein, wenn man
vorsieht, daß die Vorrichtung auch die Anzahl der Meßwerte anzeigt, die zur Meßreihe
gehören.
-
Die Kalibrierung bzw. Eichung der Vorrichtung bzw.
-
die Kontrolle der Genauigkeit der Messung wird durchgerührt, indem
man die Vorrichtung eine Eichkurve messen läßt, die eine äußerst genau definierte
Krümmung aufweist, wie dies beispielsweise bei einer Plan-Platte der Fall ist. Die
Vorrichtung kann möglicherweise auch mit einer eingebauten bzw. integrierten Eich-Einrichtung
ausgestattet werden, die für den Zweck bzw. für den Vorgang der Kalibrierung bzw.
Eichung oder der Kontrolle in Anschlagstellung gegen die Meßroilen oder deren Lagerbolzen
bzw. Achsen gebracht wird.
-
Die Erfindung schafft somit eine Vorrichtung zur Messung des Krümmungsradius
einer einfach gekrümmten Oberfläche, mit drei Rollen oder anderen Kontakt-Elementen,
die in einem Voichtungs-Rahmen angeordnet sind, der mit einem Handgriff versehen
ist. Die Rollen können in Anlagekontakt gegen die Oberfläche gebracht werden, wobei
eine der Rollen in einer Richtung verschiebbar ist, die senkrecht auf der Verbindungslinie
der Kontaktpunkte der anderen beiden Rollen mit der Oberfläche steht;
diese
Rolle betätigt ein Meß-System, dessen am Ausgang aniiegender Wert in eine Berechnungseinheit
gespeist wird, welche die Berechnung der Krümmung durchführt und den berechneten
Wert auf eine Anzeige-Einheit weitergibt. Wenn die Vorrichtung entlang der Oberfläche
geführt wird, führt sie automatisch eine Reihe von Messungen aus und zeigt einen
Mittelwert der in dem durchfahrenen Streckenabschnitt vorhandenen Krümmung an.