DE3533239A1 - Messeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Meßeinrichtungen der gattungsgemäßen Art werden in der Fertigungsmeßtechnik eingesetzt, bei der Nennmaße und Toleranzen von in Serie hergestellten Produkten zu be­ stimmen sind. In den vergangenen Jahrzehnten hatten sich für diese Aufgabe pneumatische Meßeinrichtungen gut be­ währt, bei denen die zu messenden Werkstückoberflächen pneumatisch angetastet werden. Diesen pneumatischen Meßeinrichtungen haften jedoch folgende Nachteile an. Pneumatische Meßdorne, die beispielsweise zur Messung von Innendurchmessern der zu messenden Werkstücke eingesetzt werden, können höchstens Durchmesserdifferenzen von etwa eineinhalb Zehntel eines Millimeters überbrücken. Sofern daher im Verlauf des Meßvorgangs stark abweichende Werkstoffmaße zu überprüfen sind, müssen entsprechend viele unterschiedliche Meßdorne bereitgestellt werden, die mit der Meßeinheit zu verbinden sind. Dies ist einer­ seits zeitaufwendig und erfordert andererseits hohe In­ vestitionskosten für eine hohe Anzahl von Meßdornen. Pneumatische Meßeinrichtungen haben aus heutiger Sicht weiter den Nachteil, daß die Meßwerte als Druckschwan­ kung bzw. Volumenänderung vorliegen. Derartige Größen müssen wiederum erst über besondere Wandlereinrichtungen in elektrische Signale umgewandelt werden, bevor sie von modernen rechnergesteuerten Meßwerterfassungssyste­ men weiter verarbeitet werden können. Auch diese Maß­ nahme führt wieder zu höheren Kosten und Anpassungspro­ blemen bei Änderungen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Meß­ einrichtung zu schaffen, die die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile vermeidet und die mit einer vergleichs­ weise geringen Anzahl von Meßdornen die Erfassung eines großen Meßwertebereichs ermöglicht. Dabei sollen die erfassten Meßwerte gleichzeitig auch noch in einer Form vorliegen, die ihre problemlose Weiterverarbeitung in rechnergesteuerten Meßwerterfassungssystemen ermöglicht.

Ausgehend von einer Meßeinrichtung der eingangs näher bezeich­ neten Art wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Er­ findung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1: eine Seitenansicht der Meßeinrichtung;

Fig. 1a: einen Längsschnitt durch die Meßeinrichtung nach Fig. 1 entlang der Linie 1a-1a;

Fig. 2: eine Aufsicht auf die Meßeinrichtung nach Fig. 1;

Fig. 3: ein weiteres Ausführungsbeispiel der Meß­ einrichtung in Seitenansicht;

Fig. 4: eine Aufsicht auf die Meßeinrichtung nach Fig. 3;

Fig. 5: einen Längsschnitt durch ein weiters Aus­ führungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 6: eine Aufsicht auf die Meßeinrichtung nach Fig. 5;

Fig. 7: die Meßeinrichtung und ihre Verbindung mit einem Meßsystem;

Fig. 8: in vergrößerter Darstellung eine Aufsicht auf das Meßelement der Meßeinrichtung;

Fig. 9: nochmals vergrößert, einen Längsschnitt durch das Meßelement nach Fig. 8 entlang der Linie 9-9.

Die Meßeinrichtung gemäß Fig. 1, die insbesondere zur Messung von Innendurchmessern von Werkstücken in der Fertigungsmeß­ technik geeignet ist, umfaßt einen Meßdorn 11, der zwecks Messung des Innendurchmessers in eine Bohrung des nicht dargestellten Werkstücks eintaucht. Der Meßdorn 11 hat eine im wesentlichen zylindrische Gestalt und trägt entlang, min­ destens einer, parallel zur Längsachse verlaufenden, innerhalb der Mantelfläche liegenden Graden, ein Meßelement 13 mit einem Taster 13 a, der sich während des Meßvorgangs an die zu messende Oberfläche des Werkstücks anlegt (vgl. dazu auch Fig. 9). Auf die Art des Meßelements und die Weiterverar­ beitung der vom Meßelement 13 abgegebenen Ausgangssignale wird weiter unten noch eingegangen. Erfindungsgemäß ist der Meßdorn 11 in Längsachsenrichtung symmetrisch geteilt; weiter ist jeder Teil des Meßdorns 11 in Radialrichtung verstellbar angeordnet. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist der Meßdorn 11 derart symmetrisch geteilt, daß sich eine vier­ zählige Symmetrie ergibt und der Meßdorn demzufolge aus insgesamt vier Teilen 11 a, 11 b, 11 c, 11 d zusammengesetzt ist. In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung könnte der Meßdorn 11 derart symmetrisch in Längsachsenrichtung geteilt sein, daß sich eine dreizählige Symmetrieanordnung ergibt und der Meßdorn 11 lediglich drei Teile umfaßt.

Durch die Teilung des Meßdorns 11 in Längsachsenrichtung und die radialbewegliche Anordnung der Teile 11 a bis 11 d des Meßdorns 11 ist die Möglichkeit gegeben, während des Meßvorgangs einen weiten Bereich von Durchmesserwerten abzudecken, so daß in vorteilhafter Unterscheidung vom bisherigen Stand der Technik nur noch wenige unterschied­ liche Meßdorne vorgesehen werden müssen. Da die Meßdorne 11 einen relativ hohen Anschaffungspreis haben, lassen sich somit die Investitionskosten verringern; schließlich ergibt sich auch eine wesentliche Einsparung bei den Meßzeiten, da das früher häufiger notwendige Auswechseln von Meßdornen bei Übergang zur Messung von Bohrungen mit anderen Durchmesserwerten nur noch seltener durchgeführt werden muß. Insgesamt ergibt sich so eine beträchtliche Kostensenkung, obgleich es nach wie vor möglich ist, jede Bohrung während des Fertigungsvorgangs auf ihre Maßhaltigkeit zu überprüfen. Aus Fig. 1 sind verschie­ dene Positionen der Teile 11 a bis 11 d des Meßdorns 11 mit unterschiedlichem Radialabstand ersichtlich. Die Positio­ nen der Teile mit dem größeren Radialabstand sind gestri­ chelt gezeichnet. Bei vierzählig symmetrischer Teilung des Meßdorns 11 sind jeweils zwei diametral gegenüberlie­ gend angeordnete Meßelemente 13 vorgesehen, so daß diese praktisch auf einem Durchmesser der zu messenden Bohrung angeordnet sind und mit ihren Tastern 13 a an der Innen­ oberfläche der zu messenden Bohrung zum Anliegen kommen. Bei dreizähliger symmetrischer Teilung des Meßdorns 11 ist zweckmäßig an jedem Teil des Meßdorns 11 ein Meß­ element 13 angeordnet, so daß die zu messende Bohrung an drei gleichmäßig beabstandeten Punkten des Kreisumfangs abgetastet wird.

Zwecks Verstellung in Radialrichtung sind die Teile 11 a-11 d des Meßdorns 11 zweckmäßig jeweils für sich genommen auf je einer Backe 15 eines Mehrbackenfutters 14 angeordnet und durch eine Feststellschraube 17 mit dieser verschraubt. Diese Anordnung ist deutlich aus Fig. 1a ersichtlich. Das vom Meßelement 13 gelieferte Ausgangssignal wird über eine Steckverbindung 18 einer für die Auswertung des Signals vorgesehenen Elektronik­ einheit zugeführt.

Um die Stabilität der Meßanordnung zu verbessern, kann es sich als zweckmäßig erweisen, zwischen die auf ihren Sollabstand entfernten Teile 11 a-11 d des Meßdorns 11 ein Fixierstück 12 anzuordnen, daß eine Verbiegung der Teile des Meßdorns 11 in Radialrichtung nach innen während des Meßvorgangs verhindert. Dieses Fixierstück 12 ist jedoch nur dann notwendig, wenn die Teile 11 a- 11 d des Meßdorns 11 aus bestimmten Gründen nicht hinrei­ chend starr ausgeführt werden können.

Vielfach stellt sich die Aufgabe, den Innendurchmesser einer Bohrung in einer bestimmten Tiefe der Bohrung zu erfassen. Dies wird in einer Ausführungsform der Erfin­ dung (Fig. 3) auf einfache Weise durch Abstandsringe 19 a, 19 b ermöglicht, die konzentrisch um den Meßdorn herum angeordnet werden. Der Abstand von der freien Randfläche 19 c des Abstandsrings 19 a, 19 b bis zum Taster 13 a des Meßelements 13 entspricht dann derjenigen Tiefe der Bohrung, in der deren Innendurchmesser vom Meßelement 13 abgegriffen wird.

Bei einer vorteilhaften weiteren Ausgestaltung der Erfindung (Fig. 5) ist der Meßdorn 11 innerhalb eines festen Ständers 50 höhenverstellbar angeordnet und mittels eines Kurbeltriebs 51 a auf und ab bewegbar. Die jeweilige Meßtiefe des Meßdorns 11 innerhalb einer zu messenden Bohrung ergibt sich dann durch den Überstand des Tasters 13 a des Meßelements 13 über der ortsfest angeordneten Oberfläche 50 a des Ständers 50. Diese Meßeinrichtung ist besonders für Meßverfahren geeignet, bei denen die Meßeinrichtung 10 ortsfest angeordnet ist und das jeweils zu messende Werkstück der Meßeinrichtung 10 zugeführt wird.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung (Fig. 7) ist die Meßeinrichtung 10 vermittels eines Zwischenflansches 71 an einem Pendelhalter 70 befestigt. Diese Anordnung eignet sich besonders für jene Meßzwecke, bei denen das zu messende Werkstück ortsfest verbleibt und die Meßeinrichtung zur jeweiligen Einführung des Meßdorns 11 an das Werkstück herangebracht wird. Die Meßeinrichtung 10 kann dabei vorteilhaft an einem Arm eines Industrieroboters angebracht sein, der nach Maßgabe eines Prüfprogramms unterschiedliche Werkstückpositionen anfährt, um dort Messungen vorzunehmen. Der Pendelhalter 70 ermöglicht dabei den Ausgleich axialen und radialen Versatzes, der gelegentlich bei Einführung des Meßdorns 11 in eine zu messende Bohrung auftreten kann, ohne den Meßdorn 11 und das von ihm getragene Meßelement 13 zu beschädigen. In Fig. 7 ist auch schematisch das Zusam­ menwirken der Meßeinrichtung 10 mit einer Auswerte- und Anzeigeeinrichtung dargestellt. Das vom Meßelement 13 abgegebene Meßsignal wird über den Anschlußstecker 18 von der Meßeinrichtung 18 abgeleitet und über eine Zuleitung 72 einer elektronischen Schaltungsanordnung 73 zugeführt, die das vom Meßelement 13 abgegebene Signal verstärkt. Dieses verstärkte Signal wird dann eine Anzeigeeinrich­ tung 74 zugeführt und von dieser angezeigt. Als Anzeige­ einrichtung können unterschiedliche Geräte Anwendung finden. Beispielsweise digitale Anzeigen, die den Abso­ lutwert des erfaßten Innendurchmessers anzeigen, oder Säulen- bzw. Balkenanzeigen, die eine leicht ablesbare Anzeige darüber ermöglichen, ob der gemessene Wert innerhalb eines zulässigen Toleranzfeldes liegt oder nicht. Bei der Anzeigeeinrichtung 74 kann es sich alter­ nativ auch um ein Bildschirmendgerät eines rechnerge­ steuerten Meßwerterfassungssystem handeln, bei dem neben dem aktuellen Meßwert gleichzeitig noch zahlreiche andere Informationen angezeigt werden, die z. B. einen Trend erkennen lassen und bei festgestelltem Abweichen vom vorgegebenen Sollwert ein rechtzeitiges Eingreifen zur Aufrechterhaltung der Fertigungsqualität ermöglichen.

Vor der Messung eines anderen Innendurchmesserwertes muß das Mehrbackenfutter 14 mit den darauf befestigten Teilen 11 a-11 d des Meßdorns 11 zunächst per Hand auf den neuen Sollwert eingestellt werden. In besonders vorteilhafter Weise läßt sich jedoch auch dieser Vorgang zeitsparend automatisieren, wenn die Meßeinrichtung 10 mit einem rechnergesteuerten Meßwerterfassungssystem zusammen arbeitet. Es ist dann lediglich ein das Mehr­ backenfutter 14 beaufschlagender Stellantrieb 75 vorzu­ sehen, der seinerseits vom Meßwerterfassungssystem 76 angesteuert wird. Beispielsweise wird zunächst mit dem Meßdorn 11 im Rahmen eines Prüfprogramms ein ertser Durchmesserwert überprüft. Nach Erledigung dieses Pro­ grammpunktes erhält der Stellantrieb 75 vom Meßwerter­ fassungssystem 76 die Anweisung zur Verstellung des Mehrbackenfutter 14, um die Teile 11 a-11 d des Meßdorns 11 in den für die Messung eines weiteren Innendurchmes­ sers geeigneten Radialabstand zu bringen.

Als Meßelement 13 eignet sich insbesondere der aus der DE-OS 31 02 664 bekannte Feinmeßtaster, der in Fig. 8 in vergrößerter Darstellung in Aufsicht, und in Fig. 9 im Längsschnitt dargestellt ist. Wesentliches Teil dieses Anzeigelementes 13 sind Dehnmeßstreifen 13 c, die an einer einseitig eingespannten Biegefeder 13 b befestigt sind. Die Biegefeder 13 b ist z. B. im Teil 11 a des Meßdorns 11 befestigt und wird an ihrem freien Ende von einem Taster 13 a beaufschlagt, der mittels einer im wesentlichen halbkugelförmigen Oberfläche an der Außen­ oberfläche 90 der zu messenden Bohrung anliegt. Je nach Durchbiegung der Biegefeder 13 b und entsprechender Be­ aufschlagung der Dehnmeßstreifen 13 c, wird dann vom Meßelement 13 ein Ausgangssignal abgegeben, das einen Aufschluß über den gemessenen Innendurchmesser zuläßt.

Dieser bekannte Feinmeßtaster bietet im Vergleich zu pneumatischen Tastern noch den Vorteil, daß er bei einer bestimmten Einstellung der Teile 11 a bis 11 b des Meß­ dorns 11 größere Durchmesserwerte zu messen gestattet. Während herkömmliche pneumatische Meßdorne nur Durch­ messerdifferenzen von etwa 3 Zehntel verarbeiten können, läßt sich mit dem hier beschriebenen Feinmeßtaster noch eine Durchmesserdifferenz von mehr als etwa 15 Zehntel Millimeter erfassen.

Claims (9)

1. Meßeinrichtung, insbesondere zur Messung von Innendurch­ messern von Bohrungen oder dgl. mit einem in die Bohrung eintauchenden Meßdorn, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Meßdorn (11) in Längsachsen­ richtung symmetrisch geteilt ist, daß alle Teile (11 a, 11 b, 11 c, 11 d) des Meßdorns (11) in Radialarichtung ver­ stellbar angeordnet sind, und daß zumindest ein Teil (11 a, 11 b, 11 c, 11 d) des Meßdorns (11) an seiner Meßfläche (111) ein Meßelement (13) trägt.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Meßdorn (11) mit drei-zähliger Symmetrie bzw. vier-zähliger Symmetrie ge­ teilt ist.

3. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Teile (11 a, 11 b, 11 c, 11 d) des Meßdorns (11) jeweils auf einem Backen (15) eines Mehrhackenfutters (14) angeordnet sind.

4. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (10) zur Festlegung der Meßtiefe einen Abstandsring (19 a, 19 b) umfaßt, der den Meßdorn (11) koaxial umgibt.

5. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßdorn (11) der Meßeinrichtung (10) in einem ortsfesten Ständer (50) höhenverstellbar angeordnet ist.

6. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßelement (13) Dehnmeßstreifen (13 c) umfaßt, die auf einer einseitig eingespannte Biegefeder (13 b) an­ geordnet sind, welche an ihrem freien Ende von einem Taster (13 a) beaufschlagt ist.

7. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (10) an einem Pendelhalter (70) befestigt ist.

8. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abnahme des Ausgangssignal des Meßelements (13) eine Steckverbindung (18) vorgesehen ist und, daß das Ausgangssignal über eine Leitung (72) einer elektro­ nischen Schaltungseinrichtung (73) und anschließend einer Anzeigeeinrichtung (74) zugeleitet wird.

9. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Betätigung des Mehrbackenfutters (14) ein von einem Meßwerterfassungssystem (76) beaufschlagbarer Stellantrieb (75) vorgesehen ist.