-
Meßanordnung; zur gleichzeitigen Prüfung mehrerer Meßpunkte eines
Werkstückes Die Erfindung betrifft eine Meßanordnung zur gleichzeitigen Prüfung
mehrerer Stellen eines Werkstückes, insbesondere verschiedener Durchmesser einer
Welle, mittels mehrerer Meßlehren. Eine sehr einfache bekannte Anordnung löst diese
Aufgabe mit einer entsprechenden Anzahl von mechanischen Tastlehren, die der Ablesbarkeit
halber nebeneinander angeordnet sind und daher den von Hand zu drehenden Prüfling
von einer Seite her abtasten. Naturgemäß bereitet die Ablesung einer Mehrzahl von
Skalen ziemliche Mühe. Für eine Massenprüfung ist daher eine solche Anordnung wegen
des mit der Prüfung verbundenen Zeitaufwandes nicht geeignet.
-
Es liegt nun nahe, statt mechanischer elektrische Meßlehren anzuwenden,
da sich die den einzelnen Meßpunkten entsprechenden Meßwerte rein elektrisch als
Summen- oder Differenz spannung kombinieren lassen. Auf diese Weise ist es möglich,
die Prüfung mit Hilfe von Steuergeräten vollautomatisch zu machen und dabei die
Prüflinge je nach der Art ihrer Soliwertabweichungen zu trennen.
-
Auch kann bei der gleichzeitigen Prüfung mehrerer Meßstellen beispielsweise
durch eine einzige Signallampe kenntlich gemacht werden, ob alle Meßstellen die
vorgeschnebenen Toleranzen einhalten oder nicht.
-
Bei Meßanordnungen zur gleichzeitigen Prüfung mehrerer Meßpunkte
eines Wlerkstükkes, insbesondere verschiedener Durchmesser einer Welle, mittels
das Werkstück auf einer Seite des Umfanges abtastender Meßlehren werden lerfindungsgemäß
elektrische Tastlehren, deren Meßspannungen als Summe oder Differenz angezeigt werden,
in einer derartigen Anordnung- angewendet, daß zwei Tastlehren Festpunkten zugeordnet
sind,
während die anderen, vorzugsweise dazwischenliegenden Tastlehren
mit ihren Meßspannungen mit den von Spannungsteilern abgegriffenen Meßspannungen
der äußeren Tastlehren in Reihe liegen. Das Wesen und die Vorzüge dieser Anordnung
seien im folgenden an Hand der Abbildungen erläutert.
-
Fig. I zeigt ein Ausführungsbeispiel der Meßanordnung nach der Erfindung.
Der Prüfling I liegt an den festen Anschlägen 2 an und wird von einer Seite her
durch die elektrischen Meßköpfe 3 bis 7 abgetastet. Auf diese Weise werden die von
den äußeren Meßköpfen 3 und 7 zu überprüfenden Durchmesserabweichungen ohne weiteres
richtig erfaßt, da diese Stellen an den Anschlägen 2 anliegen. Die Korrektur, welche
für die anderen Meßköpfe zur Anzeige der von ihnen iiberprüften Durchmesserabweichungen
deshalb erforderlich sein kann, weil etwa eine Durchmesserabweichung an der Meßstelle
3 gegenüber einem festen Anschlag eine unrichtige Lage der Mittellinie des Prüflings
zur Folge hat, wird erfindungsgemäß dadurch hergestellt, daß die von den mittleren
Meßstellen erhaltenen Meßspannungen mit derart an Spannungsteilern der äußeren Meßspannungen
abgegriffenen Teilspannungen in Reihe geschaltet werden, daß Durchmesserabweichungen
an den äußeren zur Anlage gegenüber den festen Anschlägen kommenden Meßstellen ohne
Einfluß sind. Hierzu sind die Anschlußklemmen 8 und I6 von den Meßspannungen der
Meßstellen 3 und 7 miteinander und mit dem für alle an das Gerät angeschlossenen
Meß- und Steuereinrichtungen gemeinsamen, vorzugsweise geerdeten Pol IS verbunden;
die Anschlußklemmen g und I7 der Meßstellen 3 und 7 sind direkt zu den Klemmen 19
und 20 geführt, an welche die Meßinstrumente oder Steuergeräte für diese Meßstellen
angeschlossen werden. Die anderen dazwischenliegenden Meßlehren werden mit den Klemmen
10, 12 und 14 an Abgriffe eines Spannungsteilers 24 angeschlossen, der die Spannung
zwischen den Klemmen g und I7 aufteilt. Die Abgriffe werden so gewählt, daß das
Spannungsteilerverhältnis dem axialen Abstandsverhältnis zwischen der betreffenden
Meßstelle und den Auflagemeßstellen-3 und 7 gleich ist. Außerdem soll die Empfindlichkeit
der Meßköpfe 3 und 7 halb so groß sein wie die der Meßköpfe 4, 5 und 6, und ferner
soll der Spannungsteilerwiderstand 24 groß gegenüber dem Innenwiderstand der Meßeinrichtungen
3 und 7 und kelin gegenüber dem Widerstand der an den Klemmen 18 bis 23 angeschlossenen
Meßinstrumente und Steuergeräte sein.
-
Die Wirkungsweise ist folgende: Vor dem Prüfling I wird zunächst
ein Musterstück verwendet, nach dem die einzelnen Meßköpfe so ausgerichtet werden,
daß alle l,feßspanzungen 8/9, 10/11, I21I3, I4/15 und I6/I7 zu Null werden.
-
Beim Einlegen eines Prüflings, der z. B. nur an der von dem Meßkopf
3 abgetasteten Meßstelle eine Maßabweichung vom Musterstück aufweist, wird nun,
wenn die Abgriffe am Spannungsteiler 24 in der bezeichneten Weise gewählt si ! nd,
der Ausschlag an den Meßklemmen 21, 22 und 23 für die Meßstellen 4, 5 und 6 Null
sein. Das ergibt sich aus folgender Überlegung: Die Äfeßspannungen der Meßköpfe
4, 5 und 6 sind proportional dem Unterschied, um den sich die Mittellinie des Prüflings
abweichend von der Mittellinie des Musterstückes einstellt. Dieser Unterschied ist
aber jeweils gleich dem Unterschied des Radius an der MeRstelle 3 multipliziert
mit dem Verhältnis des Abstandes der betreffenden mittleren Meßstelle 4, 5 oder
6 von der Meßstelle 7 ZU dem gegenseitigen Abstand der Meßstellen 3 und 7. Die über
8/9 auftretende Meßspannung des Meßkopfes 3 ist dem Unterschied der Radien an der
Meßstelle 3 ebenfalls proportional, und zwar mit dem gleichen Proportionalitätsfaktor,
da die Durchmesserabweichung mit der halben Empfindlichkeit abgetastet wird.
-
Diese Meßspannung liegt an dem Spannungsteiler 24, da die Spannung
über I6/I7 Null ist. Die von den Abgriffen an den Klemmen I0, 12 und 14 aufgenommenen
Teilspannungen, bezogen auf die Erdungsklemme I8, sind daher den über IO/II, 12/13,
I4/I5 auftretenden Einzehlmeßspannungen entgegengesetzt gleich, sofern nur die bereits
genannte Beziehung erfüllt ist, daß das Abstandsverhältnis der Spannungsteilerabgriffe
dem nhstandsverhältnis der Meßstellen entspricht.
-
Die zwischen der Erdungsklemme I8 und den Klemmen 21, 22 und 23 auftretende
Summenspannung ist dann also gleich Null.
-
Ganz das Entsprechende gilt aus Symmetriegründen auch für den Prüfling,
der an der Meßstelle 7 vom Musterstück abweicht, sowie bei geradliniger Meßlehrencharakteristik
auch für Prüflinge, die an heilen aufliegenden NIeß stellen Maßabweichungen gegenüber
dem Musterstück aufweisen.
-
Die Meßlehren 3 und 7 beeinflussen sich gegenseitig ebenfalls nicht,
da beide gegen die festen Auflagepunkte die Durchmesser abtasten. Alle fünf Meßköpfe
reagieren daher ohne gegenseitige Beeinflussung und mit gleicher Empfindlichkeit
auf Radiusabweichungen der jeweils abgetasteten Stelle, bezogen auf das Musterstück,
und zwar, obgleich die drei mittleren Äleßstellen nur einseitig - abgetastet werden.
Die Eezugspunkte für diese mittleren Meßstellen sind
erfindungsgemäß
elektrisch nachgebildet und -brauchen daher nicht mechanisch hergestellt zu werden.
Die Bezugspunkte für die mittleren Meßstellen sind, wie man sagen kann, einem elektrischen
Lineal entnommen, das durch den Spannungsteiler 24 gebildet wird.
-
Die Ausführung läßt sich in gleicher Weise natürlich für jede beliebige
Anzahl von Meßstellen durchbilden. Mit dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind
die mittels der Erfindung möglichen Lösungen jedoch nicht alle erfaßt.
-
Es kann z. B. vorteilhaft sein, an Stelle eines einzigen Spannungsteilers
24 mehrere parallel geschaltete Spannungs teiler vorzusehen, die z. B. nur je einen
einzelnen Abgriff für eine Meßstelle besitzen. Auf diese Weise können Störungen
durch zu kleine Widerstände der angeschlossenen Meßinstrumente oder Steuergeräte
herabgemintdert werden. Weiterhin können an Stelle je eines Spannungsteilers, an
den die Summe der äußeren Meßspannungen angelegt wird, zwei einzelne Spannungsteiler
verwendet werden, von denen jeder einzelne nur die MeBspannung je einer der äußeren
Meßköpfe erhält.
-
Die für die mittleren Meßstellen zu bildenden Summenspannungen setzen
sich dann aus drei Teilen in Reihenschaltung zusammen, nämlich aus der Meßspannung
der betreffenden Meßlehre und aus den entsprechenden Teilsspannungen der beiden
Spannungsteiler für je eine der äußeren Meßstellen.
-
Durch diese Aufteilung der Spannungsteiler wird der Störeinfluß beseitigt,
der bei zu großen Innenwiders tänden der der Meßlehren im Verhältnis zum Spannungswiderstand
besteht und der sich darin äußert, daß bei der Schaltung nach Abb. 1 die über 8/9
entstehende Meßspannung der Meßstelle 3 einen Strom in dem Spannungsteiler 24 bewirkt,
der am Innenwiderstand der Meßlehre 7 einen Spannungsabfall hervorruft, der an den
Klemmen 16/17 auftritt und d : aher einen Fehlbetrag der Anzeige für die Meßstelle
7 hervorruft, der gleich ist der Anzeige für die Meßstelle 3 multipliziert mit dem
Verhältnis zwischen dem Innenwiderstand der Meßlehren und dem Spannungsteilerwiderstand.
-
Die Schaltung mit geteilten Spannungsteilern erfordert die doppelte
Anzahl von Abgriffseinstellungen.
-
Einem weiteren Eritndungsgedanken entsprechend kann man den genannten
Fehler auch dadurch beseitigen, daß man gemäß Abb. 2 den gegenseitigen Abstand der
Auflagefestpunkte 2 kleiner wähltals den zwischen den Meßstellen 3 und 7. Bezeichnet
man nach Abb.2 den Abstand der Auflagepunkte 2 mit d und den Abstand dieser Auflagepunkte
von der verlängerten Mittellinie des zugehörigen Tasters mit (5, so wird der bezeichnete
Fehler verschwinden, wenn die Beziehung erfüllt ist, wobei r, den Innenwiderstand
der Meßlehren 3 bzw. 7 und r den Widerstand des Spannungsteilers 24 bedeuten.
-
Bei Anwendung des Aufbaues nach Abb. 2 entfällt daher die Forderung,
daß r, # r sein muß. Der Widerstand r kann also entsprechend kleiner gewählt werden,
so daß die weitere Bedingung, daß der-Innenwiderstand der an die Klemmen I8 bis
23 angeschlossenen Meßinstrumente und=Steuergeräte groß gegenüber dem Spannungsteilerwiderstand
r sein soll, wesentlich leichter und vollkommener erfüllt werden kann. Vorbedingung
für diese Anordnung ist nur, daß der Durchmesser sich über der Strecke d nicht ändert
bzw. daß die Durchmesserunterschiede über 6 bei Musterstück und Prüfling gleich
sind. Die Empfindlichkeit der Meßköpfe 3 und 7 bei dieser Anordnung wird zweckmäßig
etwas größer gewählt, als es der halben Empflndli-ch. keit der mittleren Meßköpfe
entspricht, wie es zu der Anordnung nach Abb. 1- gefordert wurde, da die Klemmenspannung
der Meßköpfe 3 und 7 um den durch die Spannungsteilerbelastung hervorgerufenen inneren
Spannungsabfall kleiner ist als die wirksame Meßspannung.
-
Der Erfindungsgedanke wird bei den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen
dazu benutzt, um trotz einseitiger Abtastung die gegenseitige Beeinflussung der
einzelnen Meßstellen auszuschalten, die durch die Abhängigkeit der Lage der Mittellinie
von den Sollwertabweichungen der Durchmesser an den Auflagestellen herrührt.
-
Es ist natürlich auch möglich, mit entsprechen den Anordnungen eine
bestimmte Abhängigkeit der Einzelanzeigen voneinander zu erzeugen. Man kann z.B.
die Toleranzgrenzen für eine mittlere Meßstelle derart festlegen, daß die Summe
oder. auch die Differenz der betreffenden Sollwertabweichung und der mitteleren
Sollwertabweichung der äußeren Meßstelle einen beliebig einstellbaren positiven
oder negativen Wert nicht überschreiten darf.
-
Dies geschieht durch entsprechenden Spannungsteilerabgriff und Polung
des Meßkopfes sowie Einstellung der angeschlossenen Steuergeräte. Durch die Wahl
der Empfindlichkeiten der Einzelmeßstellen kann man bei derartigen Summenbildungen
auch einzelnen Summanden größeres oder kleineres Gewicht beilegen, so daß selbst
die dem Anwendungszweck des Prüflings angepaßten kompliziertesten Toleranzbiidungen
mit einem Meß- oder Steuergerät ohne Umrechnungen usw. überwacht werden können.
-
Durch den Stromverbrauch der sn die
Klemmen Ig bis
23 angeschlossenen Meßinstrumente und Steuergeräte entstehen zusätzliche Spannungsabfälle
am Spannungsteiler. Dadurch entstehen gegenseitige Beeinflussungen der Steuerspannungen
auch der mittleren Meß stellen untereinander. Diese Rückwirkungen waren bei den
bisher beschriebenen Schaltungen dadurch klein gehalten, daß der Innenwiderstand
der angeschlossenen Meß- und Steuergeräte groß gegen den Spannhngsteilerwiderstand
gewählt wurde. Von dieser Bedingung kann aber bewußt Abstand genommen werden, um
eine gewünschte wechselseitige Abhängigkeit zu erzeugen. Diese Abhängigkeit würde
z.B. darin bestehen, daß eine Sollmaßabweichung einer der mittleren Meßstellen an
den Anschlußklemmen für die Steuergeräte der benachbarten Meßstellen Spannungen
gleichen Vorzeichens hervorruft, so daß die Toleranzgrenzen dieser benachbarten
Meßstellen ein wenig entgegen der Richtung der Toleranzabweichung der erstgenannten
Nleßstelle verschoben werden.
-
Wenn z. B. eine zylindrische Welle geprüft wird, so werden Sollwertabweichungen
gleichen Vorzeichens an benachbarten Meßstellen schon bei kleinerem Betrage zum
Ansprechen einer der angeschlossenen Steuereinrichtungen führen als solche verschiedenen
Vorzeichens oder als eine Sollwertabweichung an nur einer Meßstelle. Diese Abhängigkeit
ist z. B. erwünscht bei der Prüfung von Wellen oder Bolzen für Preß- oder Festsitze,
bei denen eine Sollwertabweichung gleichen Vorzeichens an mehreren, insbesondere
benachbarten Meßstellen schwerer für die Verwendbarkeit ins Gewicht fällt als Abweichungen
verschiedenen Vorzeichens an benachbarten Meßstellen. Die letzteren können sich
ja durch die Verformung des Bolzens zum Teil ausgleichen. Eine einfache Prüfung
der Summenspannung zweier benachbarter Nileßstellen wäre auch in diesen Fällen nicht
möglich, da die Einzelabweichungen ebenfalls nur begrenzt zulässig sind. Das Gewicht,
mit dem die Sollwertablveichung einer Meßstelle sich den benachbarten Meßstellen
überlagert, kann durch Regelwiderstände, die zu dem betreffenden Meßinstrument oder
der Steuereinrichtung parallel geschaltet werden, sowie durch die Wahl der Empfindlichkeit
der einzelnen Meßlehren geregelt werden.
-
Ein wesentlicher Vorzug des Erfindungsgegenstandes ist die Möglichkeit
einer gleichzeitigen Messung mehrerer Radien bei einseitiger Abtastung und ohne
zentrische Lagerung in Spitzen oder Ronen. Um diesen Vorteil völlig auszunutzen,
wird in Fortführung des Erfindungsgedanl ; ens eine Anordnung der -festen Anschläge
nach Abb. 3 gewählt. Der Prüfling I wird gegen je zwei vorzugsweise verstellbare
Anschläge 2 angedrückt, so daß der zugehörige Meßkopf 3 bzw. 7 (Abb. I) zwischen
den beiden Anschlägen den Umfang abtastet. In Abb. 3 ist gestrichelt eingetragen
die Lage, in die ein Musterstück 25 von etwas größerem Durchmesser (der der Deutlichkeit
halber übertrieben ist) zur Anlage kommt.
-
Eine einfache Rechnung zeigt, daß bei einem Winkel von a= I20° zwischen
den zu den Auflagepunkten gezogenen Radien für kleine Durchmesserabweichungen zwischen
Musterstück und Prüfling der vom Meßkopf 3 abgetastete Unterschied der Höhen der
Kreisabschnitte gerade gleich ist dem Unterschied der Radien von Musterstück und
Prüfling, sofern die Auflage an festen Punkten oder achsenparallelen Kanten erfolgt
oder auch an kleinen Kugel- bzw. Zylinderflächen mit zum Prüfling parallelen Achsen.
-
Soll die Auflage in der an sich bekannten Reiterabtastung im Keilwinkel
erfolgen, wie in Abb. 4 dargestellt, so liefert eine andere Rechnung dieselbe Beziehung
für den Keilwinkel 2 fl = 600. Während aber diese Beziehung für die Auflage nach
Abb. 3 nur in Annäherung gilt für kleine Radienunterschiede, gilt sie bei der Keilwinlkelanordnung
nach Abb. 4 ganz allgemein auch für beliebig große Unterschiede der Radien. Diese
Auflage nach Abb. 4 ist also nicht nur bezüglich der besseren Anlage (geringere
Eindrückung wegen der tangentialen Berührung), sondern auch wegen der besseren Erfüllung
der geforderten Beziehung (Tasthub gleich Radienunterschied) vorteilhafter. Eine
Nachstellung des Iseilflankenabstandes in Anpassung an den Durchmesser des Prüflings
ist daher nur im groben Maßstab erforderlich zur Ausrichtung der Lage der Achse
des Prüflings und seiner Höhenlage. Durch kleineren Keilwinkel (2fl 390) kann man
auch denTasthubgleich dem Durchmesserunterschied machen. Die Schaltung der Meßköpfe
ist bei der zuletzt genannten Anordnung der Auflagen die gleiche wie in Abb. I oder
2, nur mit dem Unterschied, daß die Empfindlichkeit der äußeren Äleßköpfe hier gleich
derjenigen der mittleren gemacht werden muß oder sogar etwas größer nach Maßgabe
der Abnahme der Kleminenspannungen durch die Spannungsteilerbelastung.
-
Bei der Durchbildung einer Meßeinrichtung nach der Erfindung können
erhebliche Vereinfachungen für die Einstellung dadurch erzielt werden, daß die Meßköpfe
z. B. nach Abb. 2 in bekannter Weise in Parallelführungen 26 laufen, um an beliebige
SIeßpunkte leicht herangeführt werden zu können. Außerdem kann der Spannungsteiler
24 die gleiche Länge erhalten wie der Abstand der Auflagestellen
2.
Die Spannungsabgriffe können dann fest mit den Meßköpfen bzw. dem Schlitten verbunden
werden, so daß die Einstellung des Spannungsteilers selbsttätig mit der Verstellung
des Meßkopfes erfolgt. Das gleiche kann man natürlich auch durch Gestänge oder Getriebe
erreichen, und zwar auch für axial verschiebbare Auflagestellen 2. Schließlich kann
auch die Zustellung der Auflagestellen in Abhängigkeit von der Verstellung der äußeren
Meßstellen selbsttätig durch Gestänge oder Getriebe durchgebildet werden derart,
daß die nach Abb. 2 erforderliche Beziehung (5 d erfüllt ist.