DE3713247A1 - Messkopf, insbesondere fuer schleifmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Meßkopf, insbesondere für Schleifmaschinen, mit zwei Meßtastern, die bei einer Durch­ messermessung mit an ihnen vorhandenen Tastelementen an diametral einander gegenüberliegenden Stellen des Werk­ stückes anliegen und in Richtung des gemessenen Durchmes­ sers verschiebbar sind, wobei wenigstens einer der beiden Taster direkt oder indirekt über eine zwischengeschaltete Meßstange mit einem Meßwerk verbunden ist.

Meßköpfe der gattungsgemäßen Art sind bereits bekannt. Sie sind jedoch nur für das Messen des Außendurchmessers und gegebenenfalls zusätzlich für Längenmessungen ausge­ legt.

In der DE-OS 15 48 221 ist ein Meßgerät zum Paarungsschlei­ fen beschrieben. Hierbei sollen zwei zusammengehörige Teile, zum Beispiel ein Zylinder und ein Kolben, mit hohen Ansprü­ chen an die gegenseitige Passung hergestellt werden. Das Meßgerät kann gleichzeitig den Innendurchmesser des einen und den Außendurchmesser des anderen der zu paarenden Teile abtasten; es führt also eine Vergleichsmessung durch. Das bedeutet, daß dieses Meßgerät den Innendurchmesser eigent­ lich gar nicht mißt, sondern es lediglich die Abweichung eines Außendurchmessers des einen Teiles vom Innendurch­ messer des anderen Teiles mißt oder umgekehrt. Die Funk­ tionsweise eines solchen Meßgerätes ist deshalb immer an das gleichzeitige Vorhandensein beider zu paarender Bau­ teile gebunden. Ein völlig unabhängiges Messen des Außen­ durchmessers oder des Innendurchmessers ist hierdurch nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Einsatzbereich eines gattungsgemäßen Meßkopfes flexibler zu machen, so daß unabhängige Innen- und Außendurchmessermessungen möglich sind.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß zur Messung sowohl eines Außendurchmessers als auch eines Innendurch­ messers mit ein und demselben Meßkopf an den beiden Meß­ tastern jeweils entsprechende Tastelemente für die Außen- und für die Innendurchmessermessung angebracht sind. Hier­ bei ist nach einer Ausführungsvariante erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Tastelemente für die Außen- und Innen­ durchmessermessung an den vorderen Enden der beiden Meß­ taster jeweils an gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind. Des weiteren ist hierbei vorgesehen, daß der gesamte Meßkopf von einer Meßposition für die Innendurchmesser­ messung in eine Meßposition für die Außendurchmessermessung um einen Schwenkwinkel schwenkbar ist. Dabei ist es zur Vermeidung einer zusätzlichen Verschiebung des Meßkopfes beim Wechsel der Meßpositionen vorteilhaft, wenn erfin­ dungsgemäß die Schwenkung des Meßkopfes um eine fiktive, durch die beiden Innentastelemente der Meßtaster verlau­ fende Schwenkachse erfolgt.

Nach einer anderen Ausführungsvariante ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Tastelemente für das Außendurchmesser­ messen an den vorderen Enden der Meßtaster angeordnet sind, während die Tastelemente für das Innendurchmessermessen sich an Meßarmen befinden, die an den Meßtastern seitlich und rechtwinklig zu diesen angeordnet sind. Mit dieser Ausführung ist zum Wechsel der Meßpositionen von Innen- auf Außendurchmessermessung oder umgekehrt keine Schwenkung des Meßkopfes erforderlich.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Meßarme für das Innendurchmessermessen einen Abstand entlang der Meßtaster von den Außentastelementen aufweisen. Hier­ durch wird vermieden, daß die Meßarme während der Außen­ durchmessermessung mit Werkstückschultern kollidieren kön­ nen.

Erfindungsgemäß ist außerdem vorgesehen, daß die Tastele­ mente für die Außendurchmessermessung als prismenartige Meßschuhe ausgebildet sind. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Tastelemente für die Innendurch­ messermessung als Kugeln oder Kugelkalotten ausgebildet.

Außerdem sind erfindungsgemäß Mittel vorgesehen zum Halten der Meßstangen mit ihren Meßtastern in einer definierten Mittellage, aus der sie in Achsrichtung der Meßstangen nach beiden Seiten gegen eine Rückstellkraft verschiebbar sind.

Durch die Erfindung wurde ein kombinierter Meßkopf geschaf­ fen, der sowohl zur Innendurchmessermessung als auch zum Messen des Außendurchmessers eines Werkstückes gleichermaßen geeignet ist.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbei­ spielen näher erläutert werden.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen kombinierten Meßkopf für die Innen- und Außendurchmessermessung in perspektivischer Ansicht,

Fig. 2 den Meßkopf nach Fig. 1 in der Meßposition für das Außendurchmessermessen in einer sche­ matischen Darstellung der Draufsicht,

Fig. 3 den Meßkopf nach Fig. 1 in der Meßposition für das Innendurchmessermessen in einer schema­ tischen Darstellung der Draufsicht,

Fig. 4 eine andere Ausführung eines kombinierten Meß­ kopfes für die Innen- und Außendurchmesser­ messung in perspektivischer Ansicht,

Fig. 5 den Meßkopf nach Fig. 4 in der Meßposition für das Innendurchmessermessen in einer schema­ tischen Darstellung der Draufsicht,

Fig. 6 die Darstellung nach Fig. 5, jedoch mit einge­ fahrener Innenschleifscheibe (Inprozeßmessung),

Fig. 7 eine Rasteinrichtung für eine definierte Mittel­ lage der Meßstangen,

Fig. 8 eine Innendurchmessermeß- und -schleifstrategie mit einer Referenzbohrung.

Der Meßkopf 1 (Fig. 1) ist an einer Schleifmaschine mittels hier nicht gezeigter Haltemittel installiert. Er besteht aus einem Gehäuse 2, in welchem sich ein hier nicht sicht­ bares Meßwerk befindet. Aus dem Gehäuse 2 ragen nach unten zwei Meßstangen 3, 4 heraus, die an ihrem oberen Ende mit dem Meßwerk und an ihrem unteren Ende mit je einem Meß­ taster 6, 7 verbunden sind. Zwischen dem oberen Meßtaster 6 und dem unteren Meßtaster 7 wird der zu messende Durch­ messer des Werkstückes 8 abgegriffen. Der Aufbau solcher Meßköpfe ist aber bereits bekannt, so daß sich eine noch detailliertere Beschreibung hierzu erübrigt. Es wird hier­ zu beispielsweise auf den Meßkopf des CNC-Meßsystems "Schaudt-DIATRONIC 2" der Anmelderin verwiesen.

Um nun einen solchen Meßkopf 1 gleichermaßen für die Mes­ sung eines Innen- und eines Außendurchmessers verwendbar zu machen, d. h. die Innen- und Außendurchmessermessung mit ein und demselben Meßkopf zu ermöglichen, sind an dessen Meßtastern 6, 7 jeweils entsprechende Tastelemente 9 a, 9 b für die Außendurchmessermessung und Tastelemente 11 a, 11 b für die Innendurchmessermessung angebracht. Die Außentastelemente 9 a, 9 b haben dabei die Form prismenarti­ ger Meßschuhe 12, während die Innentastelemente 11 a, 11 b als Kalotten 13 ausgebildet sind.

In der in Fig. 1 gezeigten Stellung befindet sich der Meßkopf 1 in der Meßposition A für die Innendurchmesser­ messung. Zur Messung des Außendurchmessers des Werkstückes 8 wird der gesamte Meßkopf 1 um einen Winkel α von 90° in die Meßposition B geschwenkt. Hierbei ist es vorteilhaft, die Schwenkachse S des Meßkopfes 1 durch die Kalotten 13 für die Innendurchmessermessung zu legen. Auf diese Weise liegen die entsprechenden Tastelemente 9 a, 9 b bzw. 11 a, 11 b in beiden Meßpositionen B bzw. A jeweils in der richtigen Durchmesserebene. Hätte die Schwenkachse S eine andere Lage, so wäre beim Wechsel vom Außen- zum Innendurchmesser­ messen außer der Schwenkung noch eine entsprechende Ver­ schiebung des Meßkopfes 1 erforderlich.

In den Fig. 2 und 3 sind die beiden Meßpositionen B und A des Meßkopfes 1 für das Außen- und Innendurchmessermessen nochmals schematisch in der Draufsicht gezeigt.

Gemäß der Fig. 2 wird das in ein Spannfutter 14 einge­ spannte und mit diesem rotierende Werkstück 8 mittels einer Außenschleifscheibe 16 außen geschliffen. Der Außendurch­ messer dieses Werkstückes 8 wird dabei mittels des sich in seiner Meßposition B befindlichen Meßkopfes 1 gemessen, wobei auch ein Inprozeßmessen, d. h. ein permanentes Messen während des Schleifprozesses, und somit - wenn der Meßkopf 1 als sogenannter NC-Meßkopf ausgebildet ist - ein meßge­ steuertes Schleifen möglich ist.

In der Fig. 3 ist das Messen des Innendurchmessers des Werkstückes 8 gezeigt, welches mit einer Innenschleifschei­ be 17 innen geschliffen wurde. Der Meßkopf 1 wurde also hier um 90° in die Meßposition A geschwenkt, wozu die Innen­ schleifscheibe 17 um den Abstand e vom Werkstück 8 wegge­ fahren werden mußte, um den entsprechenden Schwenkraum für den Meßkopf 1 zu schaffen.

In der Fig. 4 ist eine andere Ausführungsvariante eines kombinierten Meßkopfes 1 a für das Innen- und Außendurch­ messermessen gezeigt, wobei die mit dem vorstehend beschrie­ benen Meßkopf 1 übereinstimmenden Bauteile mit den selben Bezugszeichen versehen sind. Die an den beiden Meßtastern 6, 7 für das Außendurchmessermessen vorgesehenen Tastelemente 9 a, 9 b sind in ihrer Anordnung und in ihrer Ausbildung als prismenförmige Meßschuhe 12 gegenüber der Ausführung nach Fig. 1 unverändert. Die Tastelemente 11 a, 11 b für das Innendurchmessermessen sind jedoch hier an gesonderten Meßarmen 18, 19 angeordnet, die im rechten Winkel seitlich an den Meßtastern 6, 7 befestigt sind, und zwar in einem solchen Abstand längs der Meßtaster 6, 7 von den Außen­ tastelementen 9 a, 9 b, daß eine Kollision der Meßarme 18, 19 bzw. deren Innentastelemente 11 a, 11 b mit eventuellen Werkstückschultern ausgeschlossen ist. Die Innentastele­ mente 11 a, 11 b sind hier zum Beispiel als an den Enden der Meßarme 18, 19 angebrachte Kugeln 21 ausgebildet. Anstelle einer 90° Schwenkung, wie sie beim Meßkopf 1 ge­ mäß der Fig. 1 notwendig ist, ist hier beim Meßkopf 1 a zum Wechsel von der Außendurchmessermessung auf die Innen­ durchmessermessung dessen Querverschiebung rechtwinklig zur Werkstückachse notwendig. Wegen des damit entfallenden Schwenkraumes kann der Abstand, um den die Innenschleif­ scheibe 17 vom Werkstück 8 für das Innendurchmessermessen weggefahren werden muß, somit wesentlich kleiner gehalten werden, was aus der Fig. 5 zu ersehen ist, die in einer schematischen Draufsicht die Innendurchmessermessung mit­ tels des Meßkopfes 1 a zeigt. Bei einer Innenschleifscheibe 17 entsprechend kleinen Durchmessers, also einem sogenannten Schleifstift, kann mit dem Meßkopf 1 a sogar das Inprozeß­ messen während des Innenschleifens realisiert werden, was aus der Fig. 6 hervorgeht. Das Messen des Außendurchmes­ sers des Werkstückes 8 erfolgt auch bei diesem Meßkopf 1 a mittels der an den Meßtastern 6, 7 angeordneten Meßschuhe 12 und wurde in der Zeichnung nicht nochmals gesondert dargestellt.

Die beiden Meßstangen 3, 4 mit ihren Meßtastern 6, 7 müs­ sen bei einem Meßkopf 1, der als Innen- und Außenmeßkopf verwendet wird, in einer definierten Mittellage gehalten werden, aus der sie gegen eine Federkraft F nach beiden Seiten verschiebbar sind.

In der Fig. 7 ist eine entsprechende Lösung dazu anhand der Meßstange 3 mit dem oberen Meßtaster 6 gezeigt, wobei dieser obere Meßtaster 6 auch zur Längenmessung verwendet werden kann, wozu er nach links und rechts mit der Meß­ stange 3, an der er befestigt ist, um die Meßstangenachse 22 schwenkbar ist. Der Meßtaster 6 weist dazu zusätzliche seitliche Tastelemente 23 auf. Am oberen Ende der Meßstange 3 ist diese mit einem Teil 24 fest verbunden, welches ei­ nen Innenkegel 26 aufweist. Dem Teil 24 ist ein weiteres Teil 27, welches ebenfalls mit einem Innenkegel 28 ver­ sehen ist, zugeordnet, welches mittels eines Federbandes 29 an einem feststehenden Führungsteil 31 für die Meßstan­ ge 3 federnd befestigt ist. Die Innenkegel 26, 28 der bei­ den Teile 24, 27 liegen sich mit ihren Öffnungen gegenüber und nehmen zwischen sich eine Kugel 32 auf. Die Kraft F einer Zugfeder 33 hält das Teil 27 ständig unter Belastung auf der Kugel 32. Nach dem Verschieben der Meßstange 3 mit dem fest mit ihr verbundenen Teil 24 vertikal nach oben oder unten geht die Meßstange 3 mit dem Teil 24 auf­ grund der Federkraft F und der mit der Kugel 32 zusammen­ wirkenden Kegelflächen der beiden Innenkegel 26, 28 jedes Mal in seine definierte Mittellage zurück. Die beiden In­ nenkegel 26, 28 der relativ zueinander bewegbaren Teile 24, 27 bilden mit der zwischen ihnen liegenden Kugel 32 und der Zugfeder 33 somit eine Kugelrastung.

Äquivalente Mittel sind auch auf der anderen Seite für die bereits erwähnte Längenmessung vorhanden, auf die natürlich verzichtet werden kann, wenn der Meßkopf für diese Meßfunk­ tion nicht vorgesehen sein soll. Für die Innen- und Außen­ durchmessermessung sind die vorstehend beschriebenen Rast­ mittel ausreichend, die natürlich in gleicher Weise auch an der Meßstange 4 mit dem unteren Meßtaster 7 (Fig. 1 und 4) vorhanden sind. Für die Längenmessung ist die zwi­ schen den Teilen 24 und 27 a befindliche Kugel 32 a in Längs­ prismen 34, 36 gehalten, die vertikal in den Teilen 27 a, 24 angeordnet sind. Die Federbelastung kann vorzugsweise durch ein und dieselbe Zugfeder 33 erfolgen, wozu diese mit ihren Enden an den beiden äußeren Teilen 27, 27 a befestigt ist. Auch das Teil 27 a ist analog dem Teil 27 am feststehenden Führungsteil 31 mit einem Federband 29 a federnd befestigt. Nach dem zur Längenmessung notwendigen Ausschwenken des Meßtasters 6 mit der Meßstange 3 und dem Teil 24 um die Meßstangenachse 22 wird auch hier durch die Kraft der Zug­ feder 33 und die mit der Kugel 32 a zusammenwirkenden Längs­ prismen 34, 36 eine Rückschwenkung des Meßtasters 6 in eine definierte Mittellage erreicht. Mit der Meßstange 3 steht ein Wegaufnehmer 37 für die Innen- und Außendurch­ messermessung in Verbindung, der Bestandteil eines Fein­ meßsystems ist. Ein gleicher Wegaufnehmer 38 ist auch für die Längenmessung vorgesehen.

Dem Innendurchmessermessen und -schleifen liegt eine Ver­ fahrensweise zugrunde, die anhand der Fig. 8 beschrieben werden soll.

Es wird dabei ausgegangen von einer am vorderen Ende des Werkstückes 8 befindlichen Bohrung 39, die als Referenz­ bohrung dienen soll. Vor dem Fertigschleifen jeder der weiter innenliegenden Bohrungen 41, 42 wird die Referenz­ bohrung 39 auf einen bestimmten vorgegebenen Durchmesser geschliffen, jedoch nicht auf das Fertigmaß. Das erreichte Durchmessermaß der Referenzbohrung 39 ist der Ausgangspunkt für evtl. notwendige Korrekturen des Schleifwerkzeuges 17 in seiner X-Position für die weiter innenliegenden Bohrun­ gen 41, 42, da letztere ja mit demselben Schleifwerkzeug 17 wie die Referenzbohrung geschliffen werden. Der Meßkopf 1 a nimmt also an der Referenzbohrung 39 den Ist-Wert auf, auf­ grund dessen die X-Achsen-Position des Schleifwerkzeuges 17 korrigiert wird. Das Fertigschleifen der Referenzbohrung 39 erfolgt, soweit diese überhaupt auf ein definiertes Fertig­ maß geschliffen werden muß und sie nicht ausschließlich als "Referenzbohrung" dient, als letzte Operation.

Claims (9)

1. Meßkopf, insbesondere für Schleifmaschinen, mit zwei Meßtastern, die bei einer Durchmessermessung mit an ihnen vorhandenen Tastelementen an diametral einander gegenüber­ liegenden Stellen des Werkstückes anliegen und in Richtung des gemessenen Durchmessers verschiebbar sind, wobei wenig­ stens einer der beiden Taster direkt oder über eine zwi­ schengeschaltete Meßstange mit einem Meßwerk verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung sowohl eines Außen­ durchmessers als auch eines Innendurchmessers mit ein und demselben Meßkopf (1, 1 a) an den beiden Meßtastern (6, 7) jeweils entsprechende Tastelemente (9 a, 9 b und 11 a, 11 b) für die Außen- und für die Innendurchmessermessung ange­ bracht sind.

2. Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tastelemente (9 a, 9 b und 11 a, 11 b) für die Außen- und Innendurchmessermessung an den vorderen Enden der beiden Meßtaster (6, 7) jeweils an gegenüberliegenden Seiten ange­ ordnet sind.

3. Meßkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Meßkopf (1) von einer Meßposition (A) für die Innendurchmessermessung in eine Meßposition (B) für die Außendurchmessermessung um einen Schwenkwinkel (α) schwenk­ bar ist.

4. Meßkopf nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schwenkung des Meßkopfes (1) um eine fiktive, durch die beiden Innentastelemente (11 a, 11 b) der Meßtaster (6, 7) verlaufende Schwenkachse (S) erfolgt.

5. Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tastelemente (9 a, 9 b) für das Außendurchmessermessen an den vorderen Enden der Meßtaster (6, 7) angeordnet sind, während die Tastelemente (11 a, 11 b) für das Innendurchmes­ sermessen sich an Meßarmen (18) befinden, die an den Meß­ tastern (6, 7) seitlich und rechtwinklig zu diesen angeord­ net sind.

6. Meßkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßarme (18, 19) für das Innendurchmessermessen einen Abstand entlang der Meßtaster (6, 7) von den Außentastele­ menten (9 a, 9 b) aufweisen.

7. Meßkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Tastelemente (9 a, 9 b) für die Außendurchmessermessung als prismenartige Meßschuhe (12) ausgebildet sind.

8. Meßkopf nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Tastelemente (11 a, 11 b) für die Innendurchmessermessung als Kugeln (21) oder Kugel­ kalotten (13) ausgebildet sind.

9. Meßkopf nach einem oder mehreren der vorstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (26, 28, 32, 33) vorgesehen sind zum Halten der Meßstangen (3, 4) mit ihren Meßtastern (6, 7) in einer definierten Mittellage, aus der sie in Achsrichtung der Meßstangen (3, 4) nach beiden Sei­ ten gegen eine Rückstellkraft (F) verschiebbar sind.