DE4038849A1 - Elektronischer messkopf fuer laengenmessungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Meßkopf für Längenmessungen, insbesondere an Werkstücken während der Bearbeitung auf Schleifmaschinen, wobei der Meßkopf einen äußeren Hebelarm zur Antastung des Werkstückes und einen inneren Hebelarm besitzt, der einen elektrischen Wandler beeinflußt und beide Hebelarme zueinander verstellbar in einer gemeinsamen Schwenkachse im Gehäuse des Meßkopfes gelagert sind.

Ein Meßkopf dieser Art ist beispielsweise in der DT-AS 15 77 485 dargestellt. Er wird dort zur axialen Messung der Lageabweichung des Werkstückes eingesetzt. Sein äußerer das Werkstück antastender Hebelarm ist dabei mittels einer an der Befestigungsstelle aufgeschlitzten Bohrung klemmbar und verstellbar auf einem den inneren Hebelarm tragenden, wälzgelagerten Bolzen befestigbar.

In der DT-OS 21 06 997 ist ein Feintaster beschrieben, dessen Meßhebel an einem aus Blattfedern bestehendem Kreuzfeder­ gelenk gelagert ist und bei dem der äußere Hebelarm ein zusätzliches Gelenk nahe dem Kreuzfedergelenk aufweist, in dem der äußere Hebelarm geschwenkt und geklemmt werden kann.

In beiden Fällen ist die Schwenk- und Klemmbarkeit zur Anpas­ sung an das abzutastende Werkstück vorgesehen, ohne daß die bei ausgeschwenktem Hebelarm entstehenden Meßfehler beachtet werden.

In der DT-AS 23 18 331 und in der DE-OS 31 38 069 sind Feinta­ ster beschrieben, bei denen der innere Hebelarm jeweils einen weiteren Hebelarm trägt. In dem ersten Fall soll damit er­ reicht werden, daß unabhängig von der Verschieberichtung des äußeren Hebelarmes, das bewegliche Element des Wandlers im­ mer in der gleichen Richtung ausschlägt. Im zweiten Fall wird damit eine Stoßsicherung für den inneren Hebelarm erreicht.

Eine Einrichtung zur Messung der Gestalt einer Oberfläche entlang einer Abtastlinie, wie in der DE-PS 35 43 906 C2 be­ schrieben, sieht zur Kompensation der Kreisbogenbewegung der Tastspitze des Tastarmes ein korrigierendes Einwirken auf die Vorschubgeschwindigkeit des das Drehlager des Tastarmes auf­ weisenden Tastkopfes vor. Dazu wird die elektrische Meßspan­ nung des Wandlers zur Kompensation in die Steuereinrichtung der Vorschubeinheit eingespeist. Eine solche Korrekturmethode setzt das Vorliegen einer Vorschubeinheit voraus. Bei Ober­ flächenprüfgeräten sind derartige Einheiten unabdingbar, bei elektronischen Meßköpfen für Meßsteuereinrichtungen darf der Meßkopf aber während der Messung überhaupt nicht ver­ schoben werden, womit diese Methode hier nicht nutzbar ist.

Auch bei Meßköpfen, wo zwei Meßhebel und zwei Wandler in einem Gehäuse untergebracht sind, sogenannten Zweipunktmeß­ köpfen, wie in den US-PS 39 62 792 und 47 61 887 oder der DE-OS 28 51 873 dargestellt, entstehen Meßfehler, wenn mit den Spitzen der äußeren Hebelarme die Werkstückdurchmesser gemes­ sen werden. Bei den erstgenannten beiden Einrichtungen ist die Messung nur fehlerfrei, wenn der Werkstückdurchmesser etwa dem Abstand der Drehpunkte der beiden Hebelarme gleicht. Bei größeren und kleineren Durchmessern entstehen durch die nicht auf die Werkstückmitte gerichtete Tastrichtung Abwei­ chungen. Die danach genannte Anordnung mit gemeinsamer Schwenkachse für beide Meßhebel realisiert bei keinem Durch­ messer bei Abtastung des jeweils größten Sehnenmaßes oder Durchmessers eine exakte Messung der vom jeweils eingestell­ ten Kaliber- oder Meisterdurchmessers auftretenden Durchmes­ serabweichung, weil jeweils schräg und nicht mit zur Durch­ messermitte zielenden Meßrichtung gemessen wird.

Die weiterhin bekannten Zweipunktmeßköpfe entsprechend den US-PS 42 38 886 und 44 73 951, die mit tangential an dem zu messenden Durchmesser anliegenden Tastelementen arbeiten, be­ friedigen die gestellten Forderungen nicht. Bei einer derar­ tigen Antastung wird das wirksame und als konstant vorausge­ setzte Meßhebel-Übersetzungsverhältnis durch Differenzen im Abstand zwischen Schwenkachse des Meßhebels und Werkstück­ mitte oder bei größer werdendem Werkstückdurchmesser durch kleinerwerdende wirksame Länge des äußeren Hebelarmes fehler­ haft beeinflußt. Es ist eindeutig, daß es bei einer derarti­ gen tangentialen Antastung des Werkstückes nach dem Lehrsatz des Thales bzw. Thaleskreises nur einen Abstand zwischen der Schwenkachse des Meßhebels und der Werkstückachse geben kann, bei dem eine exakt rechtwinklige Antastung des Werkstück­ durchmessers realisiert wird. Dieser Abstand ist aber durch keinerlei einfache Justage von dem Bediener z. B. beim Einrichten des Meßkopfes exakt einstellbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, die beschriebenem Nachteile be­ kannter elektronischer Meßköpfe zu vermeiden und eine mit einfachen Mitteln arbeitende, bequem einstellbare Anordnung anzugeben, die hohe Genauigkeiten bei der Antastung und Mes­ sung unterschiedlich großer Werkstückdurchmesser ergibt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Meßkopf in seinem Gehäuse an dem, dem Hebelaustritt und der gemeinsamen Schwenkachse von äußeren umd inneren Hebelarm gegenüberliegendem Gehäuseende eine weitere Schwenkachse auf­ weist, in welcher der Meßkopf an einem Ständer schwenkbar und mittels eines Spannelementes klemmbar gelagert ist. Um beim Einrichten des Meßkopfes, d. h. beim Anschwenken des Meßkopfes und des äußeren Meßhebels an das Werkstück schnell und bequem arbeiten zu können, ist bei einer weiteren Ausbildung der Er­ findung auf der gemeinsamen Schwenkachse des inneren und äu­ ßeren Hebelarmes eine Spannmutter vorgesehen, bei deren Dre­ hung durch axiales Klemmen die zueinander bestehende Drehbe­ weglichkeit von inneren und äußeren Hebelarm aufgehoben wird.

Um nach dem Einrichten und Aufsetzen der Tastspitze des äuße­ ren Hebelarmes auf das Werkstück zu erreichen, daß der innere Meßhebel bei dieser den Null- oder Solldurchmesser charakte­ risierenden Position nicht auf seinem Ausgangsanschlag auf­ liegt, besitzt der äußere Meßhebel in weiterer Ausgestaltung der Erfindung eine im Anspruch 3 angegebene biegeelastische Stelle.

Um bei der Aushubbegrenzung des inneren Hebelarmes durch sei­ nen Endanschlag zu ermöglichen, daß der äußere Hebelarm doch um größere Beträge vom Werkstück abgehoben werden kann, weist in weiterer vorteilhafter Gestaltung der Erfindung der innere Hebelarm die im Anspruch 4 näher beschriebene zweigeteilte Ausführung auf.

Um vorteilhaft eine diametrale Durchmessermessung mit dem er­ findungsgemäßen Meßkopf zu realisieren, ist die im Anspruch 5 beschriebene paarweise Anordnung zweier erfindungsgemäßer Meßköpfe vorgesehen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, daß für unterschiedlich große Werkstückdurchmesser die Einstellung des Meßkopfes immer so erfolgen kann, daß bei je­ dem Durchmesser die momentane Schwenkrichtung der Tastspitze des äußeren Hebelarmes jeweils auf die Rationsachse der Werk­ stückes ausgerichtet werden kann, womit eine weitestgehend fehlerfreie Messung ermöglicht wird. Der erfindungsgemäße Meßkopf gestattet ferner ein schnelles Einrichten auf unter­ schiedlich große Werkstückdurchmesser, ein sicheres Messen des Durchmessers, auf den der Meßkopf eingerichtet wurde ohne daß die Gefahr besteht, daß der Meßhebel auf einen gerätein­ ternen Anschlag aufläuft und realisiert einen großen Abhebe­ betrag für den äußeren Meßhebel. Der Meßkopf ist weiterhin in paarweiser Anordnung zur diametralen Durchmessermessung von Innen- und Außendurchmessern vorteilhaft geeignet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 Schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Meß­ kopfes,

Fig. 2 Anordnung zweier Meßköpfe zur Messung von Außendurch­ messern,

Fig. 3 Anordnung zweier Meßköpfe zur Messung von Innendurch­ messern,

Fig. 4 Anordnung zweier Meßköpfe nebeneinanderliegend,

Fig. 5 Vereinfachte Schnittzeichnung eines erfindungsgemäßen Meßkopfes,

Fig. 6 Schnitt durch die gemeinsame Lagerung des äußeren und inneren Hebelarmes.

In Fig. 1 ist ein Meßkopf 1 dargestellt, der neben einer ge­ meinsamen Schwenkachse 2 für einen äußeren Hebelarm 3 und einen inneren Hebelarm 4 eine weitere Schwenkachse 5 auf­ weist, um die der Meßkopf 1 an einem Ständer 6 geschwenkt werden kann. Zur Klemmung der zueinander verstellbaren Hebel­ arme 3; 4 ist konzentrisch auf der Schwenkachse 2 eine Spann­ mutter 7 vorgesehen. Zur Klemmung der jeweiligen Lage des Meßkopfes 1 am Ständer 6 ist ein konzentrisch zur Schwenk­ achse 5 wirkendes Spannelement 8 vorhanden. Durch Schwenkung des Meßkopfes 1 am Ständer 6 und zum zu messenden Durchmesser rechtwinklige Ausrichtung des äußeren Hebelarmes 3 bzw. der Verbindungsgeraden 9 zwischen Tastspitze 10 und Schwenk­ achse 2 wird jeder Durchmesser, auf den die Anordnung ausge­ richtet wurde, mit auf die jeweilige Rotationsachse des Werk­ stückes zielender Meßrichtung gemessen. Fig. 1 zeigt den Meß­ kopf 1 in der Einstellung zum Messen des Durchmessers 13 und in zwei weiteren Stellungen zum Messen der Durchmesser 14 und 15. Beim Einrichten der Anordnung auf den jeweiligen Durchmesser ist der Meßkopf 1 durch seitliche Verschiebung des Ständers 6 in Richtung 16 zusätzlich noch auf den Maxi­ malwert seines Meßwertausschlages einzurichten.

Fig. 2 zeigt zwei Meßköpfe 1; 1′ die an einem Ständer 6 über­ einander und mit fluchtenden Schwenkachsen 5, 5′ zur Messung eines Werkstückes 12 mit dem Durchmesser 15 angeordnet sind.

Fig. 3 zeigt zwei übereinander angeordnete Meßköpfe 1; 1′ zur Messung eines Innendurchmessers 18. Dabei ist über Muttern 19; 19′, die mit den Meßköpfen 1; 1′ in Verbindung stehen und durch eine Spindel 20, welche auf der einen Seite rechts­ gängiges und auf der anderen linksgängiges Gewinde aufweist, ein Verschwenken der Meßköpfe 1, 1′ möglich.

In Fig. 4 ist ein Anwendungsbeispiel dargestellt, bei dem die Meßköpfe 1; 1′ nebeneinander mit fluchtenden Schwenkachsen 5; 5′ angeordnet sind. Diese Anordnung gestattet gegenüber den in Fig. 2 und 3 dargestellten Beispielen die Messung auch klein­ ster, theoretisch bis zu Null gehender Durchmesser, unter Wahrung des Vorteiles, bei jedem eingestellten Durchmesser auf die Rotationsachse 11 des Werkstückes 12 gerichtet zu messen.

In Fig. 5 ist der erfindungsgemäße Meßkopf 1 mit seinem äuße­ ren Hebelarm 3, seinem inneren Hebelarm 4, der gemeinsamen Schwenkachse 2, der Hebelarme 3; 4 sowie der Schwenkachse 5 des Meßkopfes 1 dargestellt. Zur wirksamen Hebellänge des äußeren Hebelarmes 3 ist der Abstand L mit zugehörig, der sich zwischen gemeinsamer Schwenkachse 2 und der Verbindungs­ achse 19 von äußeren Hebelarm 3 und einem Zwischenstück 20 ergibt. Am inneren Hebelarm 4 ist ein Ferritkörper 21 eines induktiven Spulensystems 22 angebracht. Durch eine Druck­ feder 23 wird der äußere Hebelarm 3 mit seiner Tastspitze 10 auf das Werkstück 12 gedrückt, oder bei nicht vorhandenem Werkstück 12 der innere Hebelarm 4 auf seinen Ausgangsan­ schlag 24 gedrückt. Zur Meßhebelabhebung ist ein Elektromag­ net 25 vorgesehen, der über einen Stößel 26, einen Winkelhe­ bel 27 und einen Mitnehmer 28 auf einen Zwischenhebel 29 ein­ wirken kann. Der Zwischenhebel 29 seinerseits ist durch Betä­ tigung einer axial wirkenden Spannmutter 7 mit dem Zwischen­ stück 20 des äußeren Hebelarmes 3 starr verbindbar. Beim Aus­ fahren des Stößels 26 wird die Druckfeder 31 zusammengedrückt und der äußere Hebelarm 3 mit seiner Tastspitze 10 vom Werk­ stück 12 abgehoben. Gleichzeitig drückt eine Druckfeder 23 den inneren Hebelarm 4 gegen seinen Endanschlag 30. Das Zwi­ schenstück 20 des äußeren Hebelarmes 3 weist eine biegeela­ stische Stelle 32 auf, die aus einem Schlitz 34 besteht, der in eine Bohrung 33 ausläuft. Eine Druckfeder 35 sorgt dafür, daß die biegeelastische Stelle 32 immer bis zum Anschlag 36 an den Kopf einer Schraube 37 aufgespreizt wird. Erfolgt beim Einrichten des Meßkopfes 1 und des äußeren Hebelarmes 3 bei Auflage der Tastspitze 10 auf das Werkstück 12 ein Drücken auf die Verbindungsachse 19, dann wird die biegeelastische Stelle 32 verformt, bis ein Anschlag 38 die Verformung be­ grenzt. Dabei liegt der innere Hebelarm 4 an seinem Aus­ gangsanschlag 24 an. Wird in dieser Situation durch Anziehen der Spannmutter 7 ein koaxiales Klemmen zwischen dem Zwi­ schenstück 20 des äußeren Hebelarmes 3 und dem Zwischenhebel 29 durchgeführt und danach das Drücken auf die Verbindungs­ achse 19 unterlassen, dann hebt sich der innere Hebelarm 4 von seinem Ausgangsanschlag 24 einen bestimmten Betrag ab. Durch dieses Abheben wird erreicht, daß im Spulensystem 22 die Meßsignalbildung für den Durchmesser, auf den der Meßkopf 1 eingerichtet wurde, nicht während der Berührung von inneren Hebelarm 4 und Ausgangsanschlag 24 erfolgt. Beim praktischen Betrieb des Meßkopfes 1 wird die Größe des sich in dieser Si­ tuation ergebenden Meßsignales des Spulensystems 22 als Null­ wert gesetzt und bei sich wiederholenden Meßvorgängen an nachfolgend zu messenden Werkstücken ist der Meßwert immer auf diesen Nullwert bezogen.

In Fig. 6, dem Schnitt durch die gemeinsame Lagerung von äuße­ ren Hebelarm 3 und inneren Hebelarm 4 sind Wälzlager 39; 40 dargestellt, in denen ein Bolzen 41 und eine Hülse 42 gela­ gert sind. Der Bolzen 41, der gleichzeitig in der Hülse 42 gelagert ist, trägt den inneren Hebelarm 4 und die Hülse 42, den Zwischenhebel 29 und das Zwischenstück 20 des äußeren Hebelarmes 3, Hülse 42 und Zwischenhebel 29 sind durch Stifte 43; 44 miteinander verbunden. Die Spannmutter 7 sitzt auf einem Gewinde 45 der Hülse 42. In der Fig. 6 ist weiter der Ausgangsanschlag 24 des inneren Meßhebels 4 dargestellt.

Claims (5)

1. Elektronischer Meßkopf für Längenmessungen, insbesondere an Werkstückstücken vor, bei oder nach der Bearbeitung auf Schleifmaschinen, der einen äußeren Hebelarm zur An­ tastung des Werkstückes und einen inneren Hebelarm be­ sitzt, wobei der innere Hebelarm einen elektrischen Wand­ ler beeinflußt und beide Hebelarme zueinander verstellbar in einer gemeinsamen Schwenkachse im Gehäuse des Meß­ kopfes gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf (1) in seinem Gehäuse an dem, dem Hebelaustritt und der gemeinsamen Schwenkachse (2) von äußeren und inneren Hebelarm (3; 4) gegenüberliegenden Gehäuseende eine weitere Schwenkachse (5) aufweist, in welcher der Meßkopf (1) an einem Ständer (6) schwenkbar und mittels eines Spannelementes (8) klemmbar gelagert ist.

2. Elektronischer Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß koaxial auf der gemeinsamen Schwenkachse (2) des inneren Hebelarmes (4) und des äußeren Hebelarmes (3) eine koaxial wirkende Spannmutter (7) vorgesehen ist, bei deren Drehung durch axiales Klemmen die zueinander be­ stehende Drehbeweglichkeit von inneren und äußeren Hebel­ arm (3; 4) aufhebbar ist.

3. Elektronischer Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der äußere Hebelarm (3) oder ein Zwischen­ stück (20) eine biegeelastische Stelle (32) aufweist, wo­ bei eine Druckfeder (35) die biegeelastische Stelle (32) immer bis zu einem Anschlag (36) aufspreizt und bei Bean­ spruchung der biegeelastischen Stelle (32) in der anderen Richtung ein Anschlag (38) die elastische Verformung be­ grenzt.

4. Elektronischer Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der innere Hebelarm (4) zweigeteilt ausge­ führt ist, indem er mit einem koaxial gelagerten Zwi­ schenhebel (29) durch die Kraft von Druckfedern (31; 23) verbunden ist und der Zwischenhebel (29), der durch Be­ tätigen der koaxial wirkenden Spannmutter (7) mit dem äußeren Hebelarm (3) starr verbunden werden kann, durch einen Elektromagnet (25) über einen Stößel (26), einen Winkelhebel (27) und einen Mitnehmer (28) unabhängig vom inneren Hebelarm (4) bewegbar ist.

5. Elektronischer Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß er in Paarung mit einem zweiten gleicharti­ gen Meßkopf (1′) an einem Ständer (6) übereinander oder nebeneinander zur diametralen Antastung eines kreisförmi­ gen Werkstückes (12) angeordnet ist, wobei die Schwenk­ achsen (5; 5′) der beiden Meßköpfe (1; 1′) zueinander einen bestimmten Abstand aufweisen oder fluchten.