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Einrichtung zur Messung der Radialwerte eines
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Zylinders, Nockens oder dergleichen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung
zur Messung der Radialwerte eines Zylinders, Nockens oder dergleichen der im Oberbegriff
des Anspruchs 1 genannten Art.
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Zur Messung der Radialwerte von Drehkörpern, beispielsweise der Rundheit
von zylindrischen Teilen oder der Radialwerte von Nocken, ist es bekannt, die Drehkörper
zu drehen und dabei die Radialwerte mittels eines elektrischen Längenmeßtasters
abzutasten. Beispielsweise bei der Messung eines Körpers mit zylindrischer Außenfläche
setzt die Messung der Rundheit voraus, daß die Drehachse bei der Messung mit der
Achse der Zylinderfläche übereinstimmt. Aus diesem Grund ist es bekannt, Zentriervorrichtungen
für den zu messenden Körper zu verwenden. Diese Zentriervorrichtungen sind jedoch
aufwendig, da sie mit der Halterung für den zu messenden Körper rotieren und weil
darüber hinaus die Justierung an diesem rotierenden Körper im wesentlichen von Hand
erfolgen muß.
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Zur Vermeidung dieser Nachteile ist bereits versucht worden, die
durch eine Fehlzentrierung bewirkten Meßfehler auf rechnerische Weise zu korrigieren.
Dies ist jedoch aufwendig und schwierig. Außerdem waren die Ergebnisse nicht zufriedenstellend.
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Es wurde auch bereits versucht, die zu messenden Teile durch kreuzweise
arbeitende, automatisch positionierende Einrichtungen auf einem Drehtisch zu positionieren.
Dabei wird vor dem Meßvorgang die Exzentrizität durch Messung in zwei senkrecht
zueinanderstehenden Koordinaten (x- und y-Richtung) festgestellt und entsprechend
der zu messende Drehkörper so verschoben, bis eine ausreichend genaue Zentrierung
erreicht ist.
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Eine solche Vorrichtung und das dabei angewendete Verfahren sind jedoch
zeitraubend und teuer.
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Durch die DE-PS 21 02 535 ist es bekannt, bei der Messung der Nocken
einer Nockenwelle die Exzentrizität des jeweils gemessenen Nockens dadurch zu berücksichtigen,
daß die Drehzentren der dem Nocken benachbarten zylindrischen Lagerfläche festgestellt
und daraus die Exzentrizität des zu messenden Nockens in guter Annäherung ermittelt
und eine entsprechende Korrekturspannung gebildet wird, die den Meßwert entsprechend
vergrößert und verkleinert. Eine Korrektur von Abtastfehlern läßt sich jedoch hierdurch
nicht erreichen, die dadurch entder Abtastpunkt stehen, daß aufgrund der exzentrischen
Rotation des Nockens/in Abhängigkeit von der Exzentrizität auswandert, die Radialwerte
an also nicht/den gewünschten exakten Winkelwerten gemessen werden.
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Durch die DE-PS 1 100 978 ist es bekannt, durch Bildung einer sinusförmigen,
mit dem Umlauf der Halterung für das Werkstück
synchronen Spannung
eine Exzentrizität dadurch zu kompensieren, daß diese Korrekturspannung von der
Gesamtmeßspannung abgezogen wird. Die Korrekturspannung wird dabei durch einen umlaufenden
elektrischen Längenmeßtaster erzeugt, der einen ortsfesten und einstellbar zu der
Drehachse exzentrisch angeordneten Zylinderkörper abtastet. Eine derartige Vorrichtung
ist aufwendig und darüber hinaus ebenso wie die zuvor beschriebene bekannte Einrichtung
nicht in der Lage, durch Exzentrizität entstehende Winkel- und damit Meßfehler zu
kompensieren.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Messung
der Radialwerte eines Zylinders, Nockens oder dergleichen der betreffenden Art zu
schaffen, bei der trotz exzentrischer Rotation eines zu messenden Drehkörpers Meßfehler
der Radialwerte kompensiert sind, die von dem exzentrischen Umlauf herrühren, bei
dem also eine exakte Zentrierung entbehrlich ist und die darüber hinaus billig und
einfach in der Handhabung ist.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die im Kennzeichen
des Anspruchs 1 genannte Lehre gelöst. Die erfindungsgemäße Lösung beruht auf der
überlegung, daß die exzentrische Bewegung eines zentrierten Drehkörpers bekannt,
weil in der Regel sinusförmig ist. Der Meßfehler hat dagegen je nach der Formgestalt
des zu messenden Drehkörpers keine Sinusform, so daß er elektrisch praktisch nicht
kompensierbar ist. Nach der erfindungsgemäßen Lehre wandert daher der abtastende
Längenmeßtaster im wesentlichen sinusförmig mit der Exzentrizität mit, so daß auch
der Abtastpunkt entsprechend auswandert, so daß immer die Messung an den gewünschten
Winkelpunkten
des Drehkörpers erfolgt. Mit anderen Worten verwendet die Erfindung keine Justierung
des Drehkörpers, sondern umgekehrt eine die Exzentrizität kompensierende Nachführung
des messenden Längenmeßtasters. Diese Nachführung läßt sich in einfacher Weise verschiedenartig
realisieren, wobei von einer Meßperson immer nur noch der Amplitudenwert in Abhängigkeit
von der Exzentrizität des gemessenen Drehkörpers einzustellen ist, was jedoch einfach
und schnell erfolgen kann.
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Betrachtet man z.B. die Rundheitsmessung eines runden Drehkörpers,
der exzentrisch von einer sich drehenden Halterung gehalten ist, so würde ohne Anwendung
der erfindungsgemäßen Lehre der Stößel des Längenmeßtasters nicht immer auf den
tatsächlichen Drehpunkt der Rotation gerichtet sein, sondern seitlich hin- und herschwingen.
Dadurch würde sich der jeweils gemessene Radialwert verkleinern. Erfindungsgemäß
erfolgt die seitliche Nachführung des beweglich gehaltenen Längenmeßtasters so,
daß dieser mit seiner Tastspitze immer an dem richtigen Ort anliegt.
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Je nach der Größe der Exzentrizität ist es erforderlich, die Amplitude
der seitlichen Nachführung des Längenmeßtasters einzustellen. Dabei kann es zweckmäßig
sein, zusätzlich auch die Phase einstellen zu können. Auch ist es möglich, die sinusförmige
Bewegung zu verzerren, um Abtastfehler aufgrund der Krümmung der Abtastspitze des
Stößels des Längenmeßtasters zu kompensieren. Natürlich sind auch andere Verzerrungen
zur Kompensation anderer Fehlertormen mnglich. Die Verzerrungen lassen sich in einfacher
Weise durch Abtastung entsprechender mechanischer Kurven erzeugen.
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Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 4 stellt praktisch
eine elektrische Verknüpfung zwischen der Drehbewegung der Halterung und dem Antrieb
für den Schlitten dar, die zweckmäßigerweise eine Kurvenscheibe aufweist, mittels
der die Bewegung des Schlittens gesteuert wird.
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Die Lehre des Anspruchs 6 betrifft eine rein mechanische Ausführungsform,
bei der die Hubverstellung für die Bewegung des Schlittens durch Abgriff der Bewegung
eines einarmigen Hebels an verschiedenen Radien erfolgt.
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Anhand der Zeichnung soll die Erfindung an Ausführungsbeispielen
näher erläutert werden.
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Fig. 1 zeigt schematisch ein mechanisches Ausführungsbeispiel, Fig.
2 zeigt schematisch ein elektrisches Ausführungsbeispiel.
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In Fig. 1 ist schematisch ein Drehtisch 1 gezeigt, der um eine Drehachse
2 drehbar gelagert und in Richtung eines Pfeiles 3 durch nicht dargestellte Mittel
drehbar angetrieben ist. Auf dem in der Draufsicht gezeigten Drehtisch 1 ist ein
Drehkörper 4 mit einer zylindrischen Außenfläche 5 aufgesetzt, dessen Achse 6 zu
der Drehachse 2 exzentrisch liegt, was durch einen Pfeil 7 angedeutet ist.
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Ein elektrischer Längenmeßtaster ruht mit einer Spitze 9 seines Stößels
10 auf der Außenfläche 5 des Drehkörpers 4 auf und ist mittels eines Schlittens
11, der mittels Rollen 12 geführt ist, in Richtung eines Doppelpfeiles 13 quer zur
Richtung des Stößels 10 und quer zur Drehachse 2 beweglich geführt. Der
Schlitten
11 ist über eine Stange 14 mit dem einen Ende einer Querstange 15 verbunden, die
mittels eines Zapfens 16 in einer Bohrung 17 in Richtung eines Doppelpfeiles 18
hin- und herbeweglich gelagert ist.
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Auf dem anderen Ende der Querstange 15 befindet sich ein Schieber
19, der in Richtung eines Doppelpfeiles 20 auf der Querstange 15 verschiebbar ist
und an dem sich ein Stößel 21 befindet, an dessen Ende eine Rolle 22 gelagert ist,
die an einem einarmigen Hebel 23 anliegt. Das freie Ende des Hebels 23 ist an einem
Kurventaster 24 angelenkt, der mittels eines weiteren einarmigen Hebels 25 parallelgeführt
ist und an seinem Ende eine Tastrolle 26 aufweist, die durch eine an den Hebel 25
angreifende Zugfeder 27 an einer Außenfläche 28 einer Kurvenscheibe 29 antastet,
die drehverstellbar zu einer Scheibe 30 ist, die über eine Achse 31 mit dem Drehtisch
1 drehverbunden ist und sich somit zeitgleich mit diesem dreht.
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Bei Betrieb der Einrichtung wird der Antrieb für den Drehtisch 1
in Gang gesetzt, so daß sich dadurch auch die Kur-Die venscheibe 29 dreht./mittels
der Abtastrolle 26 abgetastete Schwinbewegung wird über den Kurventaster 24 auf
den Hebel 23 übertragen, so daß dadurch auch die Teile 22 bis 19 und 16 bis 14 eine
entsprechende Bewegung ausführen, deren Amplitude jedoch von dem Antriebspunkt der
Rolle 22 an dem einarmigen Hebel 23 abhängt, der durch die Schiebelage des Schiebers
19 bestimmt ist. Die Schwingbewegung wird letztlich durch die Stange 14 auf den
Schlitten 11 übertragen, so daß auch die Tastspitze 9 entsprechend bewegt wird.
Die Einstellung der Phasenlage dieser mit der Drehung des Drehtisches 1 synchronen
Bewegung
erfolgt durch Drehverstellung der Kurvenscheibe 29, während die Amplitudeneinstellung
durch Verschieben des Schiebers 19 erfolgt. Nach Einstellung von Phase und Amplitude
macht der Längenmeßtaster 8 eine solche seitliche Schwinbewegung des Doppelpfeiles
13, daß sein Stößel 10 immer auf die exzentrische Amplitude der Drehachse 6 des
Drehkörpers 4 gerichtet ist. Auf diese Weise erfolgt trotz exzentrischer Drehung
des Drehkörpers 4 eine ordnungsgemäße Abtastung der Radialwerte des Drehkörpers
4. Dabei ist lediglich dem Meßwert noch ein Hub entsprechend der durch den Pfeil
7 gekennzeichneten Exzentrizität überlagert, der zu der Verstellschwingung des Schlittens
11 in Richtung des Doppelpfeiles 13 eine Phasenverschiebung-von 900 hat. Die Kompensation
dieses Hubes kann ganz einfach durch eine elektrische Spannung erfolgen, was keiner
näheren Erläuterung bedarf. Die Kompensation dieses Hubes kann jedoch exakt erfolgen,
so daß im Ergebnis die Gesamtmessung exakt ist.
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Fig. 2 zeigt ein elektrisches Ausführungsbeispiel, wobei Teile, die
mit dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 übereinstimmen, mit gleichen Bezugszeichen
versehen sind. Der Schlitten 11 wird in diesem Fall durch ein Kurventeil 32 gesteuert,
das durch einen Drehfeldmotor 33 angetrieben ist, der von den Spannungen zweier
Längenmeßtaster 34 und 35 gespeist ist, von denen der Längenmeßtaster 34 eine Sinusspannung
und der Längenmeßtaster 35 eine Kosinusspannung abgibt, da sie um 900 winkelversetzt
an eine exzentrische Kurvenscheibe 36 entsprechend der Kurvenscheibe 29 bei dem
Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 antasten, die exzentrisch mit der Achse 31 dreht.
Die Steuerung
des-Drehfeldmotors 33 erfolgt somit synchron zu der
Drehbewegung der Achse 31, so daß auch der Schlitten 11, gesteuert durch das Kurventeil
32, eine Schwingbewegung in Richtung des Doppelpfeiles 13 ausführt.
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Die dem Hub in Richtung des Stößels des Längenmeßtasters 8 proportionale
Sinusspannung des Längenmeßtasters 34 gelangt in eine Additionseinrichtung 37, in
die auch die Meßspannung des Längenmeßtasters 8 über eine Leitung 38 gelangt, derart,
daß am Ausgang 39 die um die Exzentrizität korrigierte Meßspannung erscheint. Die
Größe der zugeführten Sinusspannung ist dabei zweckmäßigerweise einstellbar, wofür
Mittel in der Zeichnung nicht gezeigt sind.
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Bei Betrieb der Einrichtung bewegt der Drehfeldmotor 33 aufgrund
der ihm zugeführten, um 900 gegeneinander verschobenen Spannungen der Längenmeßtaster
34 und 35 das Kurventeil 32, das dadurch den Schlitten 11 hin- und herbewegt, so
daß der Längenmeßtaster 8 ständig auf die Drehachse 6 des Drehkörpers 4 gerichtet
ist, so daß keine Meßfehler durch seitlichen Versatz auftreten. Der durch die Exzentrizität
bedingte überlagerte Hub der Meßspannung wird dadurch kompensiert, daß die Sinusspannung
des Längenmeßtasters 34 in entsprechender Polarisierung in der Additionseinrichtung
37 dem Meßsignal auf der Leitung 38 hinzugefügt oder davon abgezogen wird, so daß
die korrekte Meßspannung entsteht, die nur noch die Rundheit des Drehkörpers 4 bezogen
auf die eigene Drehachse 6 zeigt.