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Verfahren zum fortlaufenden Prüfen geometrischer Abmessungen bzw.
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Toleranzen von Gegenständen mit Hilfe einer Abtastvorrichtung, welche
mindestens ein als drehbare Rolle ausgebildetes Abtastorgan besitzt, sowie Vorrichtung
zum Ausüben des Verfahrens
Es sind Vorrichtungen zum fortlaufenden Prüfen geometrischer
Abmessungen bzw. Toleranzen von Gegenständen, insbesondere von solchen mit wenigstens
einer geringen Dimension, wie Bänder, Folien, Drähte usw., bekannt, welche Vorrichtungen
mit Abtastorganen versehen sind, die zum Teil als drehbare Rollen ausgebildet sind,
wobei die Auslenkung wenigstens eines der Abtastorgane gegenüber einem anderen Abtastorgan
oder einem Fixpunkt als Kriterium der Prüfung dient. Wenn die zu prüfende Abmessung
bzw. Toleranz der Gegenstände sehr klein ist, so macht sich bei der Prüfung die
nie völlig zu vermeidende Unrundheit der drehbaren Tastrollen störend bemerkbar,
indem dieselbe Auslenkungsschwankungen hervorruft, die sich den von der zu prüfenden
Abmessung verursachten Auslenkungen überlagern. Diese Tatsache machte es bis heute
praktisch unmöglich, beispielsweise die Stärke von Folien während der Fabrikation
laufend zu prüfen, wenn die zulässige Toleranz nur wenige Tausendstelmillimeter
beträgt, da es mit einem vernünftigen Aufwand nicht gelingt, die Unrundheit der
Tastrollen unter diesen Wert zu verkleinern.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt die Umgehung des genannten Nachteiles
und betrifft ein Verfahren zum fortlaufenden Prüfen geometrischer Abmessungen
bzw.
Toleranzen von Gegenständen mit Hilfe einer Abtastvorrichtung, welche mindestens
ein als drehbare Rolle ausgebildetes Abtastorgan besitzt, wobei die Auslenkung wenigstens
eines Abtastorgans als Kriterium der Prüfung dient, sowie eine Vorrichtung zum Ausüben
des Verfahrens.
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Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß zuerst die infolge
Unrundheit aller vorhandenen Tastrollen verursachten extremalen Auslenkungen bestimmt
und bei der Prüfung von den extremal auftretenden, durch die Überlagerung der vom
zu prüfenden Gegenstand und von der Unrundheit der Tastrollen verursachten Auslenkungen
in Abzug gebracht werden, wobei die Periode der durch die Unrundheit der Tastrollen
hervorgerufenen Auslenkungsschwankungen inindestens eine Größenordnung kleiner sein
muß, als die Periode der durch die fortlaufende Prüfung hervorgerufenen Auslenkungsschwankungen,
welche das Resultat der Prüfung bilden.
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Die Vorrichtung zum Ausüben des Verfahrens zeichnet sich dadurch
aus, daß Maßnahmen getroffen sind, um die Periode der durch die Unrundheit der Tastrollen
verursachten Auslenkungsschwankungen mindestens eines beweglich angeordneten Tastorgans
möglichst klein zu halten.
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Die Erfindung ist im folgenden an Hand einer beispielsweisen Ausführungsform
einer Vorrichtung zum Prüfen der Dicke von Bändern, Folien, Drähten und anderen
Gegenständen mit wenigstens einer geringen Dimension beschrieben. In der Zeichnung
zeigt Fig. I die Prüfvorrichtung schematisch in Seitenansicht, Fig. 2 die durch
die Unrundheit der Tastrollen verursachten Auslenkungsschwankungen, Fig. 3 die bei
der Prüfung eines Gegenstandes auftretenden Auslenkungsschwankungen.
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Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung weist drei Rollen I, 2 und 3 mit
parallelen Achsen auf, deren erste mittels einer Achse 4 frei drehbar in einem nicht
dargestellten Gestell der Vorrichtung gelagert ist.
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Die beiden anderen Rollen 2 und 3 sind je drehbar am Ende eines Armes
5 bzw. 6 gelagert, welche Arme um eine gemeinsame Schwenkachse 7 schwenkbar ebenfalls
am nicht sichtbaren Gestell angeordnet sind.
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Die Schwenkachse 7 ist exzentrisch zu den Drehachsen der Rollen in
einem gewissen Abstand E von der Drehachse der Rolle I entfernt. Die beiden schwenkbaren
Rollen 2 und 3 weisen beim dargestellten Beispiel gleiche Durchmesser auf und die
wirksame Länge der Arme 5 und 6, d. h. der Abstand der Drehachsen der schwenkbaren
Rollen 2 bzw. 3 von der gemeinsamen Schwenkachse 7, ist bei beiden Armen gleich
und um einen Betrag größer als die Summe der Radien der Rollen I und 2 bzw. I und
3, welcher Betrag zwischen Null und der Strecke E liegt. Eine Zugfeder 8 greift
mit ihren Enden an den schwenkbaren Armen 5 und 6 an und ist bestrebt, dieselben
gegeneinander zu schwenken, wodurch die Rollen 2 und 3 achsparallel auf einer kreisbogenförmigen
Bewegungsbahn g gegeneinander geführt werden und sich dabei dem Umfang der Rolle
I nähern. Die Verhältnisse sind mit Vorteil so getroffen, daß sich die beiden schwenkbaren
Rollen gegenseitig nicht berühren, wenn sie unter dem Einfluß der Zugfeder 8 bis
zum Anliegen an die Rolle I gegeneinander schwenken.
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Der auf seine Dicke zu prüfende Gegenstand I0, z. B. ein Band, ist
zuerst zwischen der Rolle I und der einen Rolle 2 der schwenkbaren Rollen und anschlie-Bend
zwischen der anderen Rolle 3 der schwenkbaren Rollen und der Rolle I hindurchgeführt,
so daß er die Rolle I teilweise umläuft. Je dicker der Gegenstand 10 ist, um so
weiter werden die beiden Rollen 2 und 3 voneinander weggeschwenkt, während umgekehrt
die Rollen unter Wirkung der Feder 8 näher zusammenwandern, wenn dies ein dünnerer
Gegenstand gestattet, wobei wegen der beschriebenen Ausbildung der Vorrichtung auch
eine geringe Änderung der Dicke des Gegenstandes 10 eine beträchtliche effektive
Verschiebung der Rollen 2 und 3 längs der Bahn 9 zur Folge hat, indem die in der
Richtung des kürzesten Abstandes der Rollen I und 2 bzw. 1 und 3 auftretende und
der Dickenänderung entsprechende Verschiebung nur eine kleine Komponente der viel
größeren, effektiven Verschiebung ist. Mit Hilfe eines nicht dargestellten Instrumentes
wird der gegenseitige Abstand der Drehachsen der Rollen 2 und 3 als Kriterium der
Prüfung kontrolliert.
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Unter der Voraussetzung, daß die Dicke des zu prüfenden Gegenstandes
10 bei seiner Wanderung zwischen den Tastrollen hindurch konstant bleibt, so wird
der Abstand der beiden beweglichen Rollen 2 und 3 wegen der unvermeidlichen Unrundheit
der Rollen trotzdem ändern. Die Schwankungen, welche hierbei möglicherweise auftreten
können, sind in Fig. 2 graphisch dargestellt. Wenn sich gleichzeitig aber auch die
Dicke des Gegenstandes 10 z. B. nach der Kurve II gemäß Fig. 3 ändert, so schwankt
der Abstand der beweglichen Rollen entsprechend der durch die Kurve 12 dargestellten
Überlagerung der Kurven II und derjenigen gemäß Fig. 2.
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Die beim Prüfen festzustellende Abweichung der Dicke des Gegenstandes
10 kann trotzdem durch das im nachstehenden beschriebene Verfahren ermittelt werden,
vorausgesetzt, daß die Periode der durch die Unrundheit der Tastrollen hervorgerufenen
Abstandsschwankungen mindestens eine Größenordnung kleiner ist als die Periode der
durch die fortlaufende Prüfung hervorgerufenen Abstandsschwankungen, welche das
Resultat der Prüfung bilden.
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Zuerst werden die infolge der Unrundheit der Tastrollen verursachten
extremalen Abstandsschwankungen I3 (Fig. 2j ermittelt, beispielsweise dadurch, daß
die Rolle I der Vorrichtung gedreht wird, währenddem sich kein Prüfgegenstand zwischen
den Rollen befindet. Nachher, kann die fortlaufende Prüfung des Gegenstandes 10
vorgenommen werden, wobei der Abstand der Rollen 2 und 3 gemäß der Kurve 12 in Fig.
3 schwankt. Die hierbei auftretende extremale Änderung betrage die Strecke 14. Um
nun die gesuchte, durch die Dickenänderung des zu prüfenden Gegenstandes allein
bedingte Abstandsänderung I5 der Rollen zu finden, ist die Strecke 13 von der Strecke
14 in Abzug zu bringen.
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Wenn die Abtastvorrichtung als Grenzlehre mit einstellbaren Grenzen
ausgebildet ist, beispielsweise
dadurch, daß die schwenkbaren Arme
5 und 6 als elektrische Kontakthehel ausgebildet sind, die mit feststehenden, jedoch
in bezug auf die Kontakthebel einstellbaren Kontaktelementen zusammenarbeiten, so
wird die Prüfung, ob sich die Dicke des Gegenstandes 10 innerhalb eines zugelassenen
Toleranzmaßes bewegt, wie folgt vorgenommen: Zunächst stellt man die Grenzen der
Lehre so ein, daß bei Abwesenheit eines Prüfgegenstandes beim Drehen der Rollen
die von der Unrundheit derselben verursachten Schwankungen gerade noch innerhalb
der Grenzen der Lehre bleiben, daß also z. B. die schwenkbaren Arme die zugeordneten,
feststehenden Kontaktelemente gerade nicht berühren. Nachher werden die Lehrengrenzen
um das für den zu prüfenden Gegenstand zugelassene Toleranzmaß noch weiter auseinander
gestellt, worauf die Prüfung vorgenommen werden kann. Hierbei werden die Grenzen
der Lehre dann nicht überschritten, solange die geprüfte Abmessung nicht um das
zulässige Maß vom Sollwert abweicht. Tritt dies jedoch ein, so erfolgt beim erwähnten
Beispiel eine elektrische Kontaktgabe, die ein \\'arnsignal auslösen kann, das zugleich
die Richtung der Abweichung vom Sollwert kenntlich machen kann.
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Mit dem beschriebenen Verfahren kann auch dann noch eine eindeutige
Prüfung vorgenommen werden, wenn die von der Unrundheit der Tastrollen verursachten
Schwankungen größer als die von der zu prüfenden Abmessung hervorgerufenen Schwankungen
sind, wobei immer die Bedingung erfüllt sein muß, daß die Periode der durch die
Unrundheiten verursachten Schwankungen kleiner als die Periode der vom zu prüfenden
Gegenstand hervorgerufenen Schwankungen ist.
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Die durch die Unrundheit der Tastrollen verursachten extremalen Schwankungen
I3 lassen sich auch dadurch bestimmen, daß ein bekannter Standardgegenstand wie
zu einer Prüfung abgetastet wird und von klein hierbei auftretenden extremalen Schwankungen
14 die bekannten Abweichungen I5 der betreffenden Abmessung des Standardgegenstandes
von dessen Sollwert in Abzug gebracht werden.
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Besonders einfach gestaltet sich die Bestimmung der extremalen. Auslenkungen
13 dann, wenn ein Standardgegenstand benutzt werden kann, dessen maßgebende geometrische
Abmessung keine Abweichung vom Sollwert aufweist, indem dann die auftretenden Schwankungen
unmittelbar die durch die Unrundheit der Tastrollen verursacht sind.
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Um die Durchführbarkeit des beschriebenen Verfahrens sicherzustellen,
sind an der Vorrichtung zum Ausüben des Verfahrens mit Vorteil Maßnahmen getropfen,
um die Periode der durch die Unrundheit der Tastrollen verursachten Auslenkungsschwankungen
der beweglichen Tastorgane möglichst klein zu halten.
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Dies wird im allgemeinen durch kleine Tastrollen erreicht, aber auch
dadurch, daß beim Vorhandensein mehrerer Tastrollen dieselben in bezug aufeinander
so abgestimmt sind, daß deren in Verhältniszahlen ausgedrückte Umfangslängen ein
möglichst kleines gemeinsames Vielfaches haben. Bei dem in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiel der Vorrichtung sind daher zweckmäßigerweise die beiden beweglichen
Rollen 2 und 3 unter sich gleich groß ausgebildet, jedoch so, daß sie beispielsweise
eine Umfangslänge besitzen, die einen ganzzahligen Teil des Umfanges der Rolle I
beträgt. Dadurch ergibt sich eine Wiederholung der Auslenkungsschwankungen der beweglichen
Rollen nach jeder Umdrehung der Rolle I. Würden die Umfangslängen der beweglichen
Rollen zur Rolle I z. B. das Verhältnis 2 : 3 bilden, so ergäbe sich eine Wiederholung
der Auslenkungsschwankungen erst jeweils nach zwei Umdrehungen der Rolle I.
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Wenn alle drei Rollen beispielsweise nur wenig voneinander abweichende
Durchmesser bzw. Umfangslängen aufweisen, dann braucht es sehr viele Umdrehungen,
bis eine Wiederholung der Ausschlagsschwankungen stattfindet, d. h. die Periode
der durch die Unrundheit der Rollen verursachten Ausschlagsschwankungen ist groß,
was nach Möglichkeit vermieden werden soll.
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Des weiteren sind an der Vorrichtung mit Vorteil nicht gezeigte Maßnahmen
getroffen, um die Periode dieser Schwankungen konstant zu halten. Diese Forderung
ist beim Vorhandensein einer einzigen Abtastrolle immer erfüllt. An Vorrichtungen
mit mehreren Tastrollen müssen hierfür jedoch Mittel vorgesehen sein, welche einen
Schlupf der Rollen in bezug aufeinander verhindern, beispielsweise dadurch, daß
die Rollen mittels Zahnrädern oder Gliederketten, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung
geeigneter Getriebe, miteinander in Wirkverbindung stehen.
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PATENTANSPRCE: I. Verfahren zum fortlaufenden Prüfen geometrischer
Abmessungen bzw. Toleranzen von Gegenständen mit Hilfe einer Abtastvorrichtung,
welche mindestens ein als drehbare Rolle ausgebildetes Abtastorgan besitzt, wobei
die Auslenkung wenigstens eines Abtastorgans als Kriterium der Prüfung dient, dadurch
gekennzeichnet, daß zuerst die infolge Unrundheit aller vorhandenen Tastrollen verursachten
extremalen Auslenkungen bestimmt und bei der Prüfung von den extremal auftretenden,
durch die Überlagerung der vom zu prüfenden Gegenstand und von der Unrundheit der
Tastrollen verursachten Auslenkungen in Abzug gebracht werden, wobei die Periode
der durch die Unrundheit der Tastrollen hervorgerufenen Auslenkungsschwankungen
mindestens eine Größenordnung kleiner sein muß als die Periode der durch die fortlaufende
Prüfung hervorgerufenen Auslenkungsschwankungen, welche das Resultat der Prüfung
bilden.