DE4314274C2 - Verfahren und Vorrichtung zur automatischen Durchmesserverstellung von an einem rotierend angetriebenen Prüfkopf vorgesehenen Gebern von Meß- und/oder Prüfeinrichtungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Durchmesserverstellung von an einem rotierend angetriebe­ nen Prüfkopf vorgesehenen Gebern von Meß- und/oder Prüfein­ richtungen, z. B. von solchen 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- Prüfgeräten, bei dem ein hochfrequent beaufschlagtes Magnet­ joch einen Streufluß in der Oberfläche des Prüfgutes indu­ ziert und der Austritt eines abgedrängten Streuflusses an Fehlerstellen gemessen wird, werden sogar an der Oberfläche des Prüfgutes schleifende Sonden verwendet. Ihr Abstand muß daher entsprechend den Prüfgutdimensionen eingestellt werden.

Aus der DE 29 36 660 A1 und der DE 37 39 190 A1 sowie der GB 20 45 436 A und der US 3 612 987 ist es bekannt geworden, eine Durch­ messerverstellung von Gebern in einem rotierend angetriebenen Prüfkopf vorzunehmen, und zwar von außen her im Stillstand der Vorrichtung. So ist beispielsweise bei der DE 37 39 190 A1 zu diesem Zweck eine Handverstellung vorgesehen. Dort kann eine Verstellung mit einem Schlüssel anhand einer Skala bei stillgesetztem Prüfkopf erfolgen.

Die DE 33 24 444 A1 und die US 5 111 142 beschreiben Vor­ richtungen mit einer internen Durchmesserverstellung im rotierenden Prüfkopf. Derartige Vorrichtungen sind sehr aufwendig, vor allem wegen der hohen auftretenden Fliehkräfte und der Übertragungsprobleme zum rotierenden Prüfkopf hin.

Es ist die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Anpassung einer Prüfein­ richtung an unterschiedliche Gegebenheiten, insbesondere an unterschiedliche Dimensionen von Prüflingen anzugeben, wobei insbesondere die Notwendigkeiten manueller Eingriffe reduziert werden sollen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 3 gelöst.

Der Prüfkopf wird 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 wird dann ein externer Verstellantrieb, beispielsweise eine Mehrkantwelle, an einen entsprechenden Kupplungspunkt des Prüfkopfes angekuppelt, der die Verstellung vornimmt. 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 vorhanden, 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.

Dadurch wird die Durchmesserverstellung, eine bisher manuell vorzunehmende Tätigkeit, auf einfache und zuverlässige Weise automatisiert. Im Rahmen automatischer Pro­ duktionsabläufe können bestimmte Durchmesseränderungen bereits vorprogrammiert sein. Auch eine Verbindung der Verstellung des Prüfkopfes mit entsprechenden Verstellungen an der Produktionsmaschine, der die Prüfeinrichtung meist nachge­ schaltet ist, können 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 stehend 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.

Ein Ausführungs­ beispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.

Die Zeichnungsfigur zeigt:

eine schematische Darstellung einer Meß- und Prüfeinrichtung mit automatischer Vorrichtung zur 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 22 in eine einander entgegengesetzte Richtung.

Die Prüfhebel 18 sind an dem Schlitten 22 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 14, die zu Indexiermitteln 30 gehört. Dazu gehört ferner eine Rolle 31, die an der stationären Durchmesserverstelleinrichtung 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 30 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 37, 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.

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 17 von dem Gegenstand 16 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 13, 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 13 über einen Frequenzumrichter erfolgt, kann dies durch entsprechende Beeinflussung des Frequenzumrichters erfolgen. Es ist auch möglich, den Prüfkopf 12 erst gänzlich anzuhalten und dann mit der Schleichgeschwindigkeit wieder anzufahren.

Das Steuergerät 36 beaufschlagt dann das Magnetventil 35, das über den Zylinder 32 das als Rolle 31 ausgebildete Indexier­ glied gegen die Scheibe 14 vorschiebt. Dort rollt die Rolle 31 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 13 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 12 vorschiebt. In der Indexierposition ist der Anschluß- Innensechskant 39 der Kupplungsmittel 27 genau in Flucht mit der Welle 24 positioniert, so daß das durch den Mehrkant 39 der Verstell­ welle 38 gebildete Gegen-Kupplungsglied an der Welle 24 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 Kupplungsmittel 27 und der Referenzfläche 52 ausgeblasen.

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

Nunmehr wird vom Steuergerät aus der Motor 37 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 52 eines Prüf­ hebels 18 aufliegt, gibt dabei über seinen Meßwandlerwinkelcodierer 48 den jeweiligen IST-Wert des Hebels und damit des Gebers an das Steuergerät 36, 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 12 kann zur Fortsetzung der Prüfung wieder in Drehung versetzt werden.

Claims (11)

1. Verfahren zur automatischen Durchmesserverstellung von an einem rotierend angetriebenen Prüfkopf (12) vorgese­ henen Gebern (17) von Meß- und/oder Prüfeinrichtungen, insbesondere von elektromagnetischen Prüfeinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfkopf (12) in eine vorgegebene Umfangsposition gebracht und in dieser durch Indexiermittel (30) festgehalten wird, und daß ein externer Verstellantrieb (28) in dieser Umfangsposition durch Kupplungsmittel (27) an den Prüfkopf (12) angekup­ pelt und zur Verstellung der Geberposition unter Regel­ rückkopplung durch externe Messung der Geber-Ist-Posi­ tion mittels externer Meßmittel (44) und Vergleich der Ist-Position mit einer Geber-Soll-Position betätigt wird, wobei Signale der externen Meßmittel (44) einem Steuergerät (36) zugeleitet werden, durch welches die Indexiermittel (30), die Kupplungsmittel (27) und der Verstellantrieb (28) betätigt werden.

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

3. Automatische Durchmesserverstellvorrichtung für an einem rotierend angetriebenen Prüfkopf (12) vorgesehene Geber (17) von Meß- und/oder Prüfeinrichtungen, insbesondere von elektromagnetischen Prüfeinrichtungen, mit einem Durchmesser-Verstellmechanismus, gekennzeichnet durch

• - automatisch betätigbare Indexiermittel (30) für den Prüfkopf (12) in einer vorgegebenen Umfangsposition,
• - automatisch betätigbare Kupplungsmittel (27) zum Ankuppeln eines externen Verstellantriebes (28) an den Durchmesser-Verstellmechanismus,
• - externe Meßmittel (44) für die Geberposition, die in eine am Prüfkopf (12) angreifende Meßposition bringbar sind und
• - ein Steuergerät (36), welchem Signale der externen Meßmittel (44) zuleitbar sind und durch welches die Indexiermittel (30), die Kupplungsmittel (27) und der Verstellantrieb (28) in Abhängigkeit von Einstellmitteln (51) und den Signalen der externen Meßmittel (44) betätigbar sind.

4. Vorrichtung 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), insbesonde­ re einer Kerbe an dem Prüfkopf (12), zusammenwirkt und ein Indexiersignal auslöst, das einen Prüfkopfantrieb (13) stoppt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Drehzahlreduziermittel für den Prüfkopfantrieb (13), die vor der Betätigung der Indexiermittel (30) betätigbar sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die als Mehrkant ausgebildeten Kupplungsmittel (27, 39) an einer zur Verstellung drehbaren Verstellwelle (38) angeordnet sind, die zur Ankupplung mittels eines Vorschubantriebes (40) auf den Prüfkopf (12) zu bewegbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßmittel (44) ein mittels des Vorschubantriebes (40) in Meßeingriff mit dem Prüfkopf (12) bewegbares Meßglied (45) aufweisen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßglied (45) einen Prüfhebel (18) kontaktiert, an welchem ein Geber (17) angeordnet ist.

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

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Indexiermittel (30), der Ver­ stellantrieb (28), die Kupplungsmittel (27) und die Meßmittel (44) an einer externen Verstelleinheit (11) angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsmittel (27) und/oder die Meßmittel (44) vor ihrem Eingriff wirksame Reini­ gungseinrichtungen (53) aufweisen, vorzugsweise in Form von sie längs durchdringenden Blasluftkanälen.