DE3834359A1 - Messdorn - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Meßdorn gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Solche Meßdorne werden überwiegend zur Kontrolle von lnnenabmessungen und Konturen zu kontrollierender Werk­ stücke, im folgenden Prüfstücke genannt, verwendet. Im Rahmen einer zunehmend automatisierten Heranführung eines solchen Meßdorns an bzw. in das Prüfstück bzw. bei einer automatisierten Zuführung des Prüfstücks an den Meßdorn, der Bestandteil einer Meß-Maschine sein kann, treten ins­ besondere bei einer von Roboterarmen durchgeführten Trans­ port-Bewegung zunehmend Probleme durch Ungenauigkeiten der Heranführung auf. Dabei kann es vorkommen, daß ins­ besondere ein mit Meßtastern versehenes Kopfstück eines gattungsgemäßen Meßdorns von einem von einem Roboterarm herangeführten Prüfstück beschädigt werden kann, weil Un­ genauigkeiten bei der Steuerung der Bewegung solcher Ro­ boterarme zu einer Kollision des herangeführten Prüfstücks mit dem Meßdorn führen. Eine sinnvolle und exakte Korrek­ tur einer derartigen, fehlerhaften Steuerung von Zuführ- Einrichtungen, insbesondere Roboterarmen, ist im allgemei­ nen sehr aufwendig und in vielen Fällen nicht durchführbar. Eine Möglichkeit zum Ausgleich von Fluchtungs-Versatz bei den Prüfstücken und Ungenauigkeiten der Zuführung als inte­ graler Bestandteil der Meßvorrichtung ist daher wünschens­ wert, kann aber von bekannten gattungsgemäßen Meßdornen nicht in wünschenswerter Weise geleistet werden.

Es sind zwar Vorrichtungen bekannt, bei denen der Aus­ gleich bei Versatz durch eine wälzlager-geführte Scheibe erreicht wird, die das Kopfstück trägt, jedoch erfordern derartige Einrichtungen eine hohe Präzision der Ausfüh­ rung, um möglichst spielfrei eine Radialbewegung des Kopfstückes gegenüber dem Haltestab zu gewährleisten. Sie sind dazu sehr aufwendig und teuer und im allgemeinen nur schwer gegenüber Verschmutzungen von außen zu schützen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Meßdorn mit integriertem Ausgleichsystem zu schaffen, mit dem Fluchtungs-Versatz und Ungenauigkeiten bei der Zuführung ausgeglichen werden können, und das bei mög­ lichen Bearbeitungsfehlern, also bei zu großem Versatz zwischen Prüfstück und Meßdorn oder Dimensionsfehlern eine Beschädigung des Meßdorns und der darin vorhandenen Meßtaster vermeidet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Meßdorn mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1.

In vorteilhafter Weise ermöglicht die Erfindung ein Aus­ weichen des Kopfstückes des Meßdorns bei unexakter Zu­ sammenführung von Prüfstück und Meßdorn, indem das die Meßtaster aufnehmende Kopfstück nach Art eines Schwing­ rachens durch federelastische Elemente mit einem Rohr­ körper des Meßdorns verbunden ist.

Die erfindungsgemäßen federelastischen Verbindungsele­ mente zwischen dem Rohrkörper und dem Kopfstück des Meßdorns sind auf Zug und auf Druck belastbar. Darüber­ hinaus kann durch die, aus wenigstens drei Federstäben gebildete federelastische Verbindung zwischen Rohrkörper und Kopfstück auch eine Torsionsbelastung des Kopfstückes kompensiert werden. Falls gewünscht, sind jedoch auch durch geeignete konstruktive Maßnahmen einzelne Bewe­ gungen, wie z. B. Torsion oder Gewichtsausgleich bei schweren Kopfstücken weitgehend einschränkbar. Dazu werden beispielsweise zum Gewichtsausgleich Zusatzfedern mit einbezogen, die, mehr oder weniger stark eingestellt, sich der einzuschränkenden, hier: Gewichtskraft -abhängi­ gen Bewegung entgegenstellen.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist eine den Rohrkörper umgebende Schraubenfeder vorgesehen, deren Federkraft durch einen Stellring einstellbar ist. Wird beim erfindungsgemäßen Meßdorn das Kopfstück durch ein herangeführtes Prüfstück axial so stark belastet, daß der an der Schraubenfeder eingestellte Federkraft- Schwellenwert überschritten wird, so kann der erfindungs­ gemäße Meßdorn axial der Belastung ausweichen. Zusätzlich ist für diesen Fall am erfindungsgemäßen Meßdorn rück­ seitig eine von einem Anschlagstift und einem Kontakt­ geber gebildete Kontrollmöglichkeit vorgesehen, die bei axialem Ausweichen des Meßdorns die Zuführung bzw. Zu­ sammenführung des Meßdorns mit dem Prüfstück unterbrechen kann.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, zur Kontrolle einer Vielzahl von Meßstellen ei­ nen Mehrfach-Meßdorn mit einer Vielzahl von Meßtastern zu schaffen, der aus einer entsprechenden Vielzahl von Rohrkörper-Teilen und Meßtastern enthaltenden Kopfstücken zusammengesetzt ist, wobei bis auf ein Kopfstück im ei­ gentlichen Sinne, die übrigen Kopfstücke ringförmig ge­ staltet sind und mittels federelastischer Verbindungs­ elemente einen Mehrfach-Schwingrachen um ein zentrales Stützrohr bilden. Damit ist eine Vielzahl von Ausweich- und Ausgleichmöglichkeiten bei Fluchtungsversatz gegen­ über einem zu kontrollierenden Prüfstück gegeben.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Im folgenden wird der erfindungsgemäße Meßdorn unter Zu­ hilfenahme einer Zeichnung ausführlich beschrieben und erläutert.

Dabei zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsge­ mäßen Meßdorns in einer Längsschnittdarstel­ lung;

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsge­ mäßen Mehrfach-Meßdorns in einer Längsschnitt- Darstellung und

Fig. 3 eine Teilschnitt-Darstellung eines ring­ förmigen Kopfstückes des Mehrfach-Meßdorns nach Fig. 2 als Darstellung einer durch "X" in Fig. 2 markierten Einzelheit.

Der in Fig. 1 dargestellte erfinderische Meßdorn 10 be­ steht aus einem Rohrkörper 12 mit einer Längsachse 14 und mit einer durchgehenden zentrischen Bohrung 16 sowie aus einem Kopfstück 18, in dem Meßtaster 20 (siehe dazu auch Fig. 2 und 3) untergebracht sind. Vorzugsweise werden handelsübliche elektrische Meßtaster mit pneuma­ tischer Antastung verwendet.

Das Kopfstück 18 ist durch wenigstens drei zueinander pa­ rallele federelastische Elemente 21 mit dem Rohrkörper 12 verbunden. Die federelastischen Elemente 21 bestehen dabei aus Federstäben 22, die jeweils endseitig bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel in einer Hülse 24 be­ festigt sind, wobei jede Hülse 24 und damit jeder Feder­ stab 22 im Grund einer jedem federelastischen Element 21 zugeordneten Sackloch-Bohrung 26 in der Wand des Rohrkör­ pers 12 befestigt, vorzugsweise verklebt, sind. Der Durch­ messer 27 der Sackloch-Bohrungen 28 ist dabei um die vor­ gebbare Ausgleichbewegung größer als der Außendurchmesser der Federstäbe 22.

Die anderen Enden der Federstäbe 22 sind in entsprechenden Bohrungen 28 im Kopfstück 18 befestigt, vorzugsweise ein­ geklebt.

Das Kopfstück 20 ist also nicht direkt, sondern über die federelastischen Elemente 21 mit dem Rohrkörper 12 ver­ bunden. Die Länge der Federstäbe 22 ist so gewählt, daß die Biegespannung der Federstäbe 22 bei maximaler Ausweich­ bewegung nicht zu hoch ansteigt und die mit zunehmender Länge sich mindernde Knicksicherheit noch möglichst groß bleibt. Ein Spalt 30 zwischen dem Kopfstück 18 und dem Rohrkörper 12 ist so dimensioniert, daß sich bei Ein­ wirkung einer unzulässig hohen Axialkraft das Kopfstück 18 auf dem Rohrkörper 12 abstützen kann, ohne die Feder­ stäbe 22 unzulässig zu deformieren.

Auf der dem Kopfstück 18 abgewandten Seite ist der Rohr­ körper 12 in einem Führungskörper 32, genauer gesagt in einer darin befindlichen durchgehenden Bohrung 34, längs­ beweglich geführt. Endseitig ist auf dem Rohrkörper 12 ein Anschlagring 36 angebracht, der durch eine Feststell­ schraube 38 auf dem Rohrkörper 12 verklemmt wird.

Auf dem Rohrkörper 12 ist weiterhin ein Stellring 42 vor­ gesehen, der durch eine Stellring-Schraube 44 auf dem Rohrkörper 12 verklemmt bzw. befestigt werden kann. Im Bereich zwischen dem Stellring 42 und dem Führungskörper 32 wird der Rohrkörper 12 von einer Schraubenfeder 40 umschlossen, deren Federkraft durch den Stellring 42 auf einen gewünschten Schwellenwert durch Verschieben des Stellrings 42 einstellbar ist.

Im Anschlagring 36 ist weiterhin ein Anschlagstift 46 befestigt, der in der in Fig. 1 dargestellten Position des Meßdorns 10 auf einen Signalgeber 50, beispielsweise einen elektrischen Tastschalter, wirkt. Bei einer Längs­ bewegung des Rohrkörpers 12 wird der Anschlagstift 46 zusätzlich in einer Führungsnut 48 in einer hier nicht näher dargestellten und bezeichneten Haltevorrichtung geführt.

Die für die Versorgung der oder des im Kopfstück 18 an­ gebrachten Meßtaster 20 notwendigen elektrischen und/oder pneumatischen Versorgungsleitungen 52 werden durch die zentrische Bohrung 16 im Rohrkörper 12 nach hinten aus diesem auf einfache Weise herausgeführt.

Aufgrund der federelastischen Verbindung 21 zwischen dem Kopfstück 18 und dem Rohrkörper 12 kann bei Versatz in­ folge ungenauer Zusammenführung von Prüfstück und Meßdorn 10 oder infolge von Fertigungstoleranzen beim Prüfstück das Kopfstück 18 bei radialer oder zusammengesetzter radialer-axialer Belastung in der vom Spalt 30 gebilde­ ten Ebene parallel zur Rohrkörperstirnfläche ausweichen. Steigt die Axialbelastung des Kopfstücks 18 infolge hoher Druckbelastung beim Zusammenführen von Prüfstück und Meßdorn 10 weiter an, so weicht nach Überschreiten der mit dem Stellring 42 eingestellten, gewünschten Fe­ dervorspannkraft der Schraubenfeder 40 der Meßdorn 10 im Führungskörper 32 nach hinten aus, wobei ein entspre­ chendes Signal vom Signalgeber 50, der in diesem Fall vom Anschlagstift 46 abgehoben wird, an die Zuführ-Vorrichtung weitergeleitet und der Zuführvorgang somit abgebrochen wird. Die Federvorspannkraft wird auf einen Wert unter­ halb der zulässigen Knickkraft der Federstäbe 22 einge­ stellt.

In jedem Fall ist durch die erfinderische Möglichkeit zum Ausweichen des Kopfstücks 18 auch der Schutz der im Kopfstück 18 befindlichen Meßtaster 20 gewährleistet.

In den Fig. 2 und 3 ist ein weiteres Ausführungsbei­ spiel des erfinderischen Meßdorns dargestellt, hier in einer Ausführung als Mehrfach-Meßdorn 110.

Dieser Mehrfach-Meßdorn 110 weist eine Vielzahl von Rohrkörpern 112 auf, von denen in Fig. 2 der Einfach­ heit halber nur vier Rohrkörper 112.1 bis 112.4 darge­ stellt sind. Es können auch mehr oder weniger sein.

Eine Längsachse des Mehrfach-Meßdorns 110 ist mit 114 bezeichnet. Ähnlich dem Meßdorn 10 der Fig. 1 sind auch bei Mehrfach-Meßdorn 110 die einzelnen Rohrkörper 112 je­ weils mit einer zentrischen Bohrung 116 versehen. Am vordersten Rohrkörper 112.1 ist ein Kopfstück 118.1 ange­ ordnet, das in etwa dem Kopfstück 18 des Meßdorns 10 der Fig. 1 entspricht. Die übrigen Kopfstücke 118.2 bis 118.4 sind ringförmig ausgebildet und zwischen den Rohrkörpern 112.1 bis 112.4 angeordnet. In Anlehnung an den Meßdorn 10 der Fig. 1 enthalten alle Kopfstücke 118 Meßtaster 120, vorzugsweise pneumatische oder elektrische Meßtaster handelsüblicher Bauart.

Jedes Kopfstück 118.1 bis 118.4 ist mit einem benachbarten Rohrstück 112.1 bis 112.4 durch die schon aus der Fig. 1 bekannten federelastischen Elemente (dort mit 21 bezeich­ net) verbunden. Es sind als federelastische Elemente Feder­ stäbe 122, mindestens drei, in Sackloch-Bohrungen 126 in der Wand der Rohrkörper 112 befestigt, wobei bei dem in Fig. 2 dargestellten Mehrfach-Meßdorn 110 beide Enden der Federstäbe 122 jeweils von einer Hülse 124 und einer Hülse 125 umfaßt werden, die wiederum in den Sackloch- Bohrungen 126 bzw. der entsprechenden Bohrung im Kopf­ stück 118.1 bis 118.4 befestigt, vorzugsweise eingeklebt, sind.

Wie in Fig. 3 in vergrößertem Maßstab dargestellt, ist bei jedem Kopfstück 118 zu dem bzw. zu den benachbarten Rohrkörpern 112 ein Spalt 130 vorgesehen. Aufgrund der federelastischen Verbindung zwischen den Kopfstücken 118 und den Rohrkörpern 112 ist ähnlich wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Meßdorn eine Möglichkeit zum Aus­ weichen der mit den Meßtastern 20 bestückten Kopfstücke 118 bei Versatz zwischen Prüfstück und Meßdorn möglich.

Zur Stabilisierung des gesamten Mehrfach-Meßdorns 110 sind alle Rohrkörper 112 auf einem zentrischen Stützrohr 132 angeordnet, wobei dieses Stützrohr 132 selbst eine zen­ trische, durchgängige Bohrung 133 aufweist, die sich in einer entsprechenden Bohrung gleichen Durchmessers (hier nicht näher bezeichnet) im ersten Rohrkörper 112.1 fort­ setzt. Diese zentrische Bohrung 133 dient zur pneumatischen Versorgung der Meßtaster 20 und zur Herausführung elek­ trischer Anschlußleitungen.

Zur Vereinfachung der Herstellung der mit Meßtastern 20 zu bestückenden Kopfstücke 118 sind die die Meßtaster 20 aufnehmenden radialen Bohrungen als Durchgangsbohrungen ausgeführt, wobei die Teile dieser Bohrung die nicht mit Meßtastern 20 bestückt werden, auf einfache Weise durch als Widerlager dienende Kugeln 134 verschlossen werden. Die Meßtaster 20 werden bei dem in Fig. 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel eines Mehrfach-Meßdorns 110 nicht direkt an den Kopfstücken 118 befestigt, sondern sie sind an Befestigungsplatten 136 (siehe dazu Fig. 3) befestigt, vorzugsweise verklebt, und diese Befestigungs­ platten 136 sind durch Befestigungs-Schrauben 138 lösbar auf den Kopfstücken 118 befestigt. Gemeinsam mit den Ku­ geln 134 tasten so die Meßtaster 20 den Durchmesser an der jeweilig zu messenden Stelle im Prüfstück ab.

Die Meßtaster 20 sind direkt pneumatisch ansteuerbar. Um ein Entweichen der über die zentrischen Bohrung 133 im Stützrohr zugeführten Druckluft durch die Spalte 130 zwi­ schen den Kopfstücken 118 und den Rohrkörpern 112 zu vermeiden, sind die Innenseiten der jeweils benach­ barten Rohrkörper 112 und der Kopfstücke 118 im Bereich der Spalte 130 wie in Fig. 3 dargestellt angeschrägt ausgeführt, so daß O-Ringe 140 die Spalte 130 abdichten. In ähnlicher Weise dient ein O-Ring 142 zur Abdichtung des Spaltes 130 zwischen dem ersten Kopfstück 118.1 und dem ersten Rohrkörper 112.1.

Bezugszeichen-Liste

 10 Meßdorn
 12 Rohrkörper/Haltestab
 14 Längsachse
 16 zentrische Bohrung von (12)
 18 Kopfstück
 20 Meß-Taster
 21 federelastisches Element
 22 Federstab
 24 Hülse an (22)
 26 Sackloch-Bohrung in (12)
 27 Durchmesser von (26)
 28 Bohrung in (18)
 30 Spalt zwischen (12) und (18)
 32 Führungskörper
 34 durchgehende Bohrung in (32)
 36 Anschlagring auf (12)
 38 Feststellschraube
 40 Schraubenfeder
 42 Stellring
 44 Stellring-Schraube
 46 Anschlagstift
 48 Führungsnut für (46)
 50 Signalgeber
 52 Anschlußleitung, elektrisch und/oder pneumatisch
110 Mehrfach-Meßdorn
112.1, 112.2, 112.3, 112.4 Rohrkörper
114 Längsachse
116 zentrische Bohrung von (112)
118 Kopfstück
121 federelastisches Element
122 Federstab
124 Hülse an (122)
125 Hülse an (122)
126 Sackloch-Bohrung in (112)
130 Spalt
132 Stützrohr
133 zentrische Bohrung von (132)
134 Kugel
136 Befestigungsplatte
138 Befestigungs-Schraube
140 O-Ring
142 O-Ring

Claims (11)

1. Meßdorn mit wenigstens einem, wenigstens einen Meß­ taster enthaltendes Kopfstück und einem Haltestab, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) das Kopfstück (18) ist mittels wenigstens drei, ein einebiges Parallelogramm bildende, federelastischer Elemente (21) mit einem als Rohrkörper (12) ausge­ bildeten Haltestab beweglich verbunden;
• b) zwischen dem Kopfstück (18) und dem Rohrkörper (12) ist ein Spalt (30) vorgesehen, wobei die radiale Beweglichkeit des Kopfstückes (18) zum Rohrkörper (12) begrenzbar ist;
• c) die federelastischen Elemente (21) können auf axialem Zug oder Druck beansprucht werden und weichen durch Biegung aus.

2. Meßdorn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die federelastischen Elemente (21) Federstäbe (22) sind, die jeweils endseitig im Kopfstück (18) und im Rohrkörper (12) befestigt sind.

3. Meßdorn nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Federstäbe (22) in jeweils einer Sackloch- Bohrung (26) in der Wand des Rohrkörpers (12) angeord­ net ist, wobei die Sackloch-Bohrungen (26) parallel zu einer Längsachse (14) des Rohrkörpers (12) verlaufen und der Durchmesser der Sackloch-Bohrungen (26) um die vorgebbare Bewegungsfreiheit größer ist als der Außen- Durchmesser der Federstäbe (22).

4. Meßdorn nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Federstab (22) wenigstens an einer Endseite in einer Hülse (24) befestigt ist, die wiederum im Grund der Sackloch-Bohrung (26) befestigt ist.

5. Meßdorn nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrkörper (12) eine zentrische Bohrung (16) ent­ hält, durch die pneumatische und/oder elektrische Ver­ sorgungsleitungen für den oder die im Kopfstück (18) angebrachten Meßtaster (20) geführt werden.

6. Meßdorn nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrkörper (12) über einen Führungskörper (32) längsbeweglich geführt ist.

7. Meßdorn nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrkörper (12) von einer Schraubenfeder (40) um­ geben ist, die sich sowohl am Führungskörper (32) als auch an einem auf dem Rohrkörper (12) angebrachten Stellringen (42) abstützt, wobei die Vorspannkraft der Schraubenfeder (40) durch den Stellring (42) einstellbar ist.

8. Meßdorn nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Rohrkörper (12) hinter den Führungskörper (32) ein Anschlagring (36) angebracht ist, der mit einem Anschlagstift (46) versehen ist und der auf einen Signalgeber (50) im Führungskörper (32) wirkt.

9. Meßdorn nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung mehrerer Kopfstücke (18) wenigstens eines der Kopfstücke (118) ringförmig ausgebildet ist.

10. Meßdorn nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern des Rohrkörpers (112) ein einteiliges Stütz­ rohr (132) vorgesehen ist und das mehrere auf dem Stützrohr (132) abwechselnd angeordnete Rohrkörper (112) und ringförmige Kopfstücke (118) einen Mehrfach- Meßdorn (110) bilden.

11. Meßdorn nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen das Kopfstück (18) und dem Rohrkörper (12) Zusatzfederelemente eingebracht sind, die an einem ihrer Enden im Kopfstück (18) oder im Rohrkörper (12) befestigt und mit ihrem anderen Ende kraftschlüssig auf das jeweilige andere Teil (Rohrkörper oder Kopf­ stück) einwirken, um so die Relativbewegung zwischen diesen gezielt einzuschränken oder zu verhindern.