DE4314274A1 - Verfahren und Einrichtung zur Durchmesserverstellung für an einem rotierend angetriebenen Prüfkopf vorgesehene Geber von Meß- und/oder Prüfeinrichtungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Durchmesserverstellung für an einem rotierend angetrie­ benen Prüfkopf vorgesehene Geber von Meß- und/oder Prüfein­ richtungen, z. B. nach dem Prinzip der Streuflußmessung.

Bei derartigen Meß- und/oder Prüfeinrichtungen ist der Abstand der Geber von dem Prüfling, beispielsweise einem Draht oder einer Stange, besonders wichtig, da davon die Güte des Meß- oder Prüfergebnisses abhängt. Bei Streufluß-Prüf­ geräten, bei dem ein hochfrequent beaufschlagtes Magnetjoch einen Streufluß in der Oberfläche des Prüfgutes induziert und der Austritt eines abgedrängten Streuflusses an Fehlerstellen gemessen wird, werden sogar an der Oberfläche des Prüfgutes schleifende Sonden verwendet. Ihr Abstand muß daher ent­ sprechend den Prüfgutdimensionen eingestellt werden.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, zu diesem Zweck eine Handverstellung vorzusehen. Dort kann eine Verstellung mit einem Schlüssel anhand einer Skala bei stillgesetztem Prüf­ kopf erfolgen.

Aufgabe und Lösung

Aufgabe der Erfindung ist es, die Anpassung einer Prüfein­ richtung an unterschiedliche Gegebenheiten, insbesondere an unterschiedliche Dimensionen von Prüflingen zu vereinfachen und insbesondere die Notwendigkeiten manueller Eingriffe zu reduzieren.

Diese Aufgabe wird durch die Ansprüche 1 und 3 gelöst.

Der Prüfkopf wird also in einer Verstellposition fixiert, insbesondere, nachdem er vorher von seiner Normaldrehzahl, die beispielsweise 1500 U/min oder darüber betragen kann, auf einen Schleichgang heruntergeschaltet wurde. In dieser Verstellposition kann dann ein externer Verstellantrieb, beispielsweise eine Mehrkantwelle, an einen entsprechenden Kupplungspunkt des Prüfkopfes angekuppelt werden und die Verstellung vornehmen. Ein Indexierglied, beispielsweise eine Rolle, hält in der Zwischenzeit den Prüfkopf in der Verstell­ position.

Um eine sichere Positionierung der Geber in der gewünschten Position zu erreichen, sind nicht nur Einstellmittel vorge­ sehen, an denen beispielsweise ein neuer Solldurchmesser durch manuelle Eingabe, Messung des zu prüfenden Produktes oder eine Programmvorgabe eingestellt wird, sondern durch die Meßmittel wird auch die tatsächliche Position der Geber direkt oder über fest mit diesen verbundene Teile, beispiels­ weise die Prüfhebel, im Prüfkopf gemessen und das Meßergebnis zur Steuerung des Verstellantriebes verwertet.

Die Indexierung, der Verstellantrieb mit der zugehörigen Kupplungshälfte und die Meßmittel sind vorzugsweise in einer Einheit vorgesehen, in der auch ein Vorschubantrieb vorhanden ist, der diese Einrichtungen nach erfolgter Indexierung gegen den Prüfkopf vorschiebt.

Die Meßmittel können aus einem Meßstift bestehen, der z. B. über eine Zahnstange einen Winkelcodierer antreibt, der das Meßergebnis in elektrische Signale umwandelt. Um sicherzu­ stellen, daß die Messung und/oder die Kupplung auch bei in verschmutzter Umgebung arbeitenden Prüfeinrichtungen eine einwandfreie, zuverlässige Verstellung vornehmen können, kann jeweils vor der Nachstellung eine Reinigung der Referenz- bzw. Kupplungsflächen vorgenommen werden. Dazu eignet sich besonders ein Abblasen über Preßluftkanäle, die in den Meßstift bzw. die Kupplungsspindel eingebracht sein können. Da bevorzugt der Vorschubantrieb bzw. die Bewegung des Indexiergliedes durch pneumatischen Antrieb erfolgt, steht ohnehin Druckluft an der Verstelleinheit zur Verfügung.

Es ist zu erkennen, daß durch die Durchmesserverstellung nach der Erfindung eine bisher manuell vorzunehmende Tätigkeit auf einfache und zuverlässige Weise automatisiert werden kann. Es könnten beispielsweise im Rahmen eines automatischen Pro­ duktionsablaufes bestimmte Durchmesseränderungen bereits vorprogrammiert sein. Auch eine Verbindung der Verstellung des Prüfkopf es mit entsprechenden Verstellungen an der Produktionsmaschine, der die Prüfeinrichtung meist nachge­ schaltet ist, könnte vorgesehen sein. Es wird so nicht nur Zeit gespart und die Verstellung erfolgt mit größter Genauig­ keit, d. h. mit erheblichen Vorteilen für die Zuverlässigkeit des Meß- und Prüfergebnisses, sondern es entfallen auch mögliche Fehler oder Beschädigungen infolge unzuverlässiger oder unterlassener Verstellung der Geber im Prüfkopf. Wenn hier von Gebern die Rede ist, so sind damit alle Einrich­ tungen gemeint, die in einer bestimmten räumlichen Beziehung zum zu messenden oder prüfenden Gegenstand stehen sind und nicht nur zum Aufnehmen von Meß- oder Prüfsignalen, sondern auch zur Abgabe von Signalen, elektrischen oder magnetischen Feldern oder anderen für die Messung oder Prüfung genutzten physikalischen Größen dienen können.

Diese und weitere Merkmale und Ausbildungen der Erfindung ergeben sich außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschrei­ bung und der Zeichnung, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombi­ nationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich genommen schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Ein Ausführungs­ beispiele der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.

BESCHREIBUNG DES AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Die einzige Zeichnungsfigur zeigt:

eine schematische Darstellung einer Meß- und Prüfeinrichtung mit Durchmesserverstellung.

Die Zeichnung zeigt eine Durchmesser-Verstelleinrichtung 11 für einen Prüfkopf 12, der von einem schematisch angedeuteten Antrieb 13 rotierend angetrieben ist und Teil einer Prüfein­ richtung ist, die im Zuge einer Materialprüf- und/oder Bearbeitungsstraße angeordnet ist. Mit derartigen rotierenden Prüfköpfen können Drähte, Rohre, Stangen o. dgl. auf Fehler geprüft werden, beispielsweise auf Risse, Einschlüsse o. dgl. Als Prüfverfahren können eine große Zahl von unterschied­ lichen Prüfverfahren verwendet werden, beispielsweise die Wirbelstrommethode, das Gleichfeld-Streuflußverfahren oder andere Verfahren, bespielsweise auch Ultraschallverfahren. Außer der Fehlerprüfung sind auch kontinuierliche Dicken­ messungen etc. mit derartigen Prüfköpfen durchzuführen.

Der Prüfkopf 12 enthält im dargestellten Beispiel eine rotierende Scheibe 14 mit einer mittleren Öffnung 15, durch die der zu prüfende Gegenstand 16, beispielsweise eine Metallstange, hindurchläuft. Er kommt normalerweise direkt aus einer Fertigungsanlage und wird unmittelbar nach seiner Herstellung auf Fehler geprüft. Die Prüfung erfolgt durch zwei einander gegenüberliegend angeordnete Geber 17, die an Prüfhebeln 18 angebracht sind. Die Geber 17 sind in der Zeichnung in Form von Backen oder Schuhen dargestellt, können aber entsprechend den unterschiedlichen Prüf- oder Meßverfah­ ren ganz unterschiedlich ausgebildet sein. Sie können bei­ spielsweise je zwei seitliche Pole eines Magnetjochs und dazwischen einen Sensor enthalten, der gegenüber diesen Polen wiederum beweglich, zum Beispiel abgefedert, angeordnet ist und bei bestimmten Meßverfahren, beispielsweise dem Streu­ flußverfahren, auch auf der Oberfläche des Gegenstandes 16 schleifen können.

Der Prüfhebel 18 ist um eine zur Transportrichtung des Gegenstandes 16 bzw. Rotationsachse 20 des Prüfkopfes parallele Achse 19 schwenkbar. Jeder der beiden Prüfhebel 18 ist durch ein Gegengewicht 21 so ausgewogen, daß bei der Rotation des Prüfkopfes, die je nach Prüfkopfdurchmesser bis zu 2000 U/min und darüber betragen kann, sich der Prüfhebel von Fliehkräften weitgehend unbeeinflußt bewegen kann.

Die Achsen 19 sind auf Schlitten 22 angebracht, die sich mittels einer Gewindespindel 23 verschieben lassen. Jede der beiden Gewindespindeln 23 ist auf einer Welle 24 angebracht, die zueinander parallel in Sehnenrichtung gelagert sind, und zwar vorzugsweise parallel zu einer radialen Ebene 25, die mittig durch die Geber verläuft.

Beide Wellen 24 sind zu synchroner Bewegung miteinander gekoppelt, und zwar durch einen Zahnriementrieb 26. Da die der Gewindespindel und die zugehörigen Innengewinde im Schlitten 22 auf beiden Seiten unterschiedliche Gewinde­ steigerungsrichtungen haben, bewegen sich bei einer syn­ chronen Drehung beider Wellen 24 die Schlitten in eine einander entgegengesetzte Richtung.

Die Hebel sind an dem Schlitten über die Achsen 19 schwenkbar angelenkt, jedoch so anschlagbegrenzt, daß der Geber 17 bei jeder Stellung des Schlittens 22 einen festgelegten Minimal­ abstand von der Rotationsachse 20 einnimmt. Nach außen hin kann er entgegen einer Federkraft oder anderer Kräfte, wie beispielsweise Restfliehkräften, ausweichen.

Der Prüfkopf 12 weist ein Kupplungsmittel 27 zum Ankuppeln eines externen Verstellantriebes 28 auf, das als ein Innen­ mehrkant am Ende einer der Wellen 24 ausgebildet sein kann.

Das im Bereich des Außenumfangs der Scheibe 14 vorgesehene Kupplungsmittel 27 steht in einem bestimmten Umfangsabstand zu einer Indexierkerbe 29 der Scheibe, die zu Indexiermitteln 30 gehört. Dazu gehört ferner eine Rolle 31, die an der stationären Verstelleinheit 11 vorgesehen ist und über einen Pneumatikzylinder 32 in und außer Eingriff mit der Indexier­ kerbe 29 verstellt werden kann. Schalter 33, 34 werden betätigt, wenn die beiden Betriebsendlagen der Indexiermittel erreicht sind. Ein Pneumatikventil 35 bewirkt unter Steuerung durch ein elektronisches Steuergerät 36 die entsprechende Pneumatikbeaufschlagung des Zylinders 32.

Der Verstellantrieb 28 weist eine von einem Motor, beispiels­ weise einem elektrischen Schrittschalt- oder Getriebemotor oder einem ähnlichen sehr präzise steuerbaren Antrieb dreh­ bare Verstellwelle 38 auf, die an ihrem dem Prüfkopf zuge­ kehrten Ende als Kupplungsmittel einen Mehrkant 39 aufweist. Die Verstellwelle ist über einen Pneumatikzylinder 40 in Längsrichtung, d. h. auf den Prüfkopf zu und von diesem weg, verschiebbar. Auch hier überwachen Schalter 41, 42 das Erreichen der beiden Endlagen des Verstellantriebes 28. Die beiden Pneumatikzylinder 32, 40, bilden also einen Verschie­ beantrieb für die Indexiermittel 30 und den Verstellantrieb 28.

Der Pneumatikzylinder 40 wird über ein Pneumatikventil 43 ebenfalls vom Steuergerät 36 angesteuert.

Die Verstelleinheit 11 enthält ferner Meßmittel 44 mit einem Meßstift 45, der unter der Kraft einer Feder 46 in Richtung auf den Prüfkopf 12 zu verschiebbar ist. Bei dieser Verschie­ bung bewegt der Meßstift 45 über eine an ihm vorgesehene Zahnstange 47 einen als elektrischen Signalgeber dienenden absoluten Winkelcodierer 48, dessen Signale dem Steuergerät 36 zugeleitet werden.

Der Meßstift 45 könnte zu seiner Bewegung in Richtung auf den Prüfkopf ebenfalls auf einem verfahrbaren Schlitten angeord­ net sein. Vorzugsweise ist er jedoch über einen Anschlag 49 und einen entsprechenden Anschlaghebel 50 mit dem Vorschuban­ trieb des Verstellantriebes 28 verbunden und wird entgegen der Kraft der Feder 46 in die unwirksame Stellung geholt, wenn der Pneumatikzylinder 40 in der dargestellten Stellung ist, in der der Verstellantrieb außer Eingriff ist.

Das Steuergerät 36 kann in üblicher Weise als elektrisches oder elektronisches Steuergerät aufgebaut sein und zur Verarbeitung von Signalen aus einem Einstellgerät 51, bei­ spielsweise einem Eingabegerät mit einem Tastenfeld, von Meßsignalen des Winkelcodierers 48 und verschiedener Schal­ tersignale ausgebildet sein und Ausgangssignale zur Steuerung der Ventile 35, 43, sowie des Verstellantriebs-Motors 37 er­ zeugen.

FUNKTION

Beim Betrieb der Prüfeinrichtung wird der Prüfkopf 12 vom Prüfkopfantrieb 13 rotierend angetrieben und dreht daher die Geber 17 um den in Längsrichtung (senkrecht zur Zeichnungs­ ebene) durchlaufenden Prüfling oder Gegenstand 16 herum. Die Prüfhebel 18 sind dabei so eingestellt, daß ein vorgegebener konstanter Minimalabstand der Geber von dem Gegenstand eingehalten wird bzw. ein Sensor mit vorbestimmter Kraft schleifend auf der Oberfläche des Prüflings 16 geführt wird.

Wenn nun die Einstellung infolge einer Änderung des Durch­ messers des Prüflings 16 geändert werden soll, so müssen auch die Geber 17 in ihrem gegenseitigen Abstand verstellt werden, so daß der vorgegebene optimale Abstand wieder vorliegt. Dies erfolgt auf folgende Weise:

An dem Einstellgerät 51 wird der neue Sollwert für den Geberabstand bzw. der neue Prüflingsdurchmesser eingegeben. Alternativ könnten diese Werte auch von Durchmessermessungen des Prüflings selbst oder aus Betriebsprogrammen übernommen werden.

Nach dem Startsignal für die Verstellung gibt das Steuergerät 36 einen Impuls an den Prüfkopfantrieb, der diesen auf Schleichgeschwindigkeit herunterregelt. Wenn beispielsweise der Prüfkopf mit 1500 U/min gelaufen ist, dann kann der Antrieb jetzt auf eine geringe Drehzahl von beispielsweise zwischen 20 und 50 U/min heruntergefahren werden. Da der Prüfkopfantrieb über einen Frequenzumrichter erfolgt, kann dies durch entsprechende Beeinflussung des Frequenzumrichters erfolgen. Es ist auch möglich, den Prüfkopf erst gänzlich anzuhalten und dann mit der Schleichgeschwindigkeit wieder anzufahren.

Das Steuergerät beaufschlagt dann das Magnetventil 35, das über die Zylinder 32 das als Rolle 31 ausgebildete Indexier­ glied gegen die Scheibe 14 vorschiebt. Dort rollt die Rolle solange ab, bis sie in die Indexierkerbe 29 einfällt. Dadurch wird der Schalter 33 betätigt, was über das Steuergerät 36 einen sofortigen Stopp des Prüfkopfantriebes bewirkt. Die Rolle bleibt in die Kerbe 29 eingerückt, so daß der Prüfkopf nun auch mechanisch in der Indexierposition verriegelt ist.

Danach wird über das Ventil 43 der Pneumatikzylinder 40 betätigt, der den Verstellantrieb 28 gegen den Prüfkopf vorschiebt. In der Indexierposition ist der Anschluß- Innensechskant der Kupplungsmittel 27 genau in Flucht mit der Verstellwelle positioniert, so daß das durch den Mehrkant 39 gebildete Gegen-Kupplungsglied an der Verstellwelle 38 darin einrastet.

Gleichzeitig wurde der Anschlaghebel 50 mit nach vorne bewegt, so daß der Meßstift 45 sich unter der Kraft der Feder 46 nach vorn bewegen konnte und sich auf eine Referenzfläche 52 an einem der beiden Hebel 18 auflegt.

Wie in der Zeichnung angedeutet, wird vor dem Einkuppeln und vor dem Aufsetzen des Meßstiftes 45 durch einen längs die Verstellachse und den Meßstift durchsetzenden Blasluftkanal 53, der über Blasluftleitungen 54 von dem gemeinsamen Pneuma­ tikanschluß 55 versorgt wird, Blasluft zur Reinigung der Kupplung und der Referenzfläche 52 ausgeblasen.

Der Schalter 41 meldet die Ankupplung des Verstell-Antriebes an den Prüfkopf.

Nunmehr wird vom Steuergerät aus der Motor des Verstellan­ triebs 28 in Gang gesetzt, so daß die Wellen 24 gedreht und dadurch die Schlitten 22, jeweils gegenläufig, in Richtung auf die neue Geberposition bewegt werden.

Der Meßstift 45, der auf einer Referenzfläche eines Prüf­ hebels 18 aufliegt, gibt dabei über seinen Meßwandler 48 den jeweiligen IST-Wert des Hebels und damit des Gebers an das Steuergerät, das so den IST-Wert mit dem über das Einstellge­ rät 51 eingegebenen SOLL-Wert vergleicht und den Verstellan­ trieb 28 abschaltet, wenn der IST-Wert dem SOLL-Wert ent­ spricht. Wegen der Synchronbewegung beider Wellen (über den Zahnriemen 26 synchronisiert) genügt die Messung an einem der Prüfhebel 18.

Daraufhin gibt das Steuergerät das Signal zum Beenden der Einstellung, und die Pneumatikzylinder 32 und 40 ziehen den Verstellantrieb 28 und die Indexiermittel 30 zurück. Dies wird über die Schalter 34, 42 ans Steuergerät zurückgemel­ det. Der Meßstift 45 folgt dabei dem Rückzug des Verstellan­ triebes, weil der Anschlagarm 50 ihn entgegen der Kraft der Feder 46 mit zurückholt.

Damit ist der Einstellvorgang beendet und der Prüfkopf kann zur Fortsetzung der Prüfung wieder in Drehung versetzt werden.

Es ist also zu erkennen, daß die Erfindung ein vollautoma­ tisch ablaufendes Verfahren und ein System beschreibt, mit dem die exakte Verstellung der Geber eines rotierenden Meßkopfes vorgenommen werden kann, und zwar unter genauer Kontrolle des jeweiligen IST-Maßes.

Claims (11)

1. Verfahren zur Durchmesserverstellung von an einem rotierend angetriebenen Prüfkopf (12) vorgesehenen Gebern von Meß- und/oder Prüfeinrichtungen, insbe­ sondere von elektromagnetischen Prüfeinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfkopf (12) in eine vorgegebene Umfangsposition gebracht und in dieser festgehalten wird, und daß ein externer Ver­ stellantrieb (28) in dieser Umfangsposition ange­ kuppelt und zur Verstellung der Geberposition unter Regelrückkopplung durch externe Messung der Geber- Ist-Position betätigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfkopf (12) vor der Einleitung des Verstellvorganges in seiner Drehzahl erheblich reduziert wird.

3. Durchmesserverstelleinrichtung für an einem rotie­ rend angetriebenen Prüfkopf (12) vorgesehene Geber (17) von Meß- und/oder Prüfeinrichtungen, insbeson­ dere von elektromagnetischen Prüfeinrichtungen, mit einem Durchmesser-Verstellmechanismus, gekennzeich­ net durch

• a) betätigbare Indexiermittel (30) für den Prüfkopf (12) in einer vorgege­ benen Umfangsposition,
• b) Kupplungsmittel (27) zum Ankuppeln eines externen Verstellantriebes (28) an den Durchmesser-Verstellmechanismus,
• c) externe Meßmittel (44) für die Geberpo­ sition, die in eine am Prüfkopf (12) angreifende Meßposition bringbar sind und
• d) Steuermittel (36) für den Verstellan­ trieb, die in Abhängigkeit von Einstell­ mitteln (51) und dem Meßergebnis der Meßmittel (44) betätigbar sind.

4. Verstelleinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Indexiermittel (30) ein in eine Indexierposition bewegbares Indexierglied (31), vorzugsweise eine Rolle, aufweisen, das mit einer Indexiermarke (29), insbesondere einer Kerbe an dem Prüfkopf (12) zusammenwirkt und ein Indexiersignal auslöst, das den Prüfkopfantrieb (13) stoppt.

5. Verstelleinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, gekenn­ zeichnet durch Drehzahlreduziermittel für den Prüfkopfantrieb (13), die vor der Betätigung der Indexiermittel (30) betätigbar sind.

6. Drehzahlverstelleinrichtung nach einem der An­ sprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ggf. als Mehrkant ausgebildeten Kupplungsmittel (27, 39) an einer zur Verstellung drehbaren Ver­ stellwelle vorgesehen sind, die zur Ankupplung mittels eines Vorschubantriebes (40) auf den Prüfkopf (12) zu bewegbar ist.

7. Verstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßmittel (44) ein vorzugsweise mittels eines Vorschubantriebes (40) in Meßeingriff mit dem Prüfkopf (12) beweg­ bares Meßglied (45) aufweisen.

8. Verstelleinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßglied (45) wenigstens einen der Geber (17) tragenden Prüfhebel (18) kontaktiert.

9. Verstelleinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßglied (45) ein federnd­ belasteter Meßstift ist, der vorzugsweise einen rotierenden Meßwandler (48), insbesondere einen absoluten Winkelcodierer, antreibt.

10. Verstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Indexiermittel (30), Verstellantrieb (28), Kupplungsmittel (39) und Meßmittel (44) an einer externen Verstelleinheit (11) vorgesehen sind.

11. Verstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsmittel (27, 39) und/oder Meßglied (45) vor ihrem Eingriff wirksame Reinigungseinrichtungen (53) aufweisen, vorzugsweise in Form von sie längs durchdringenden Blasluftkanälen.