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Vorrichtung zum Messen von Längen- oder Winkelgrößen an einem Werkstück
und Verfahren zu ihrer Anwendung Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung
zum Messen einer oder mehrerer Längen- oder Winkelgrößen eines Werkstückes, die
bei sder Messung von einer anderen Längen- oder Winkelgröße des gleichen Werkstückes
beeinflußt werden. Wird z. B. bei einer Kurbelwelle, deren Lagerzapfen mit einer
in bestimmtem Winkel zum Kurbelzapfen angeordneten Nut versehen ist, dieser Winkel
gemessen, so ist diese Messung von dem Wert des Mittenversatzes der Nut abhängig.
Zn ähnlicher Weise wirkt z. B. bei einem Pleuel die Abweichung von der Parallelität
der beiden Bohrungen in den Pleuelenden auf die Messung des Abstandes der beiden
Bohrungen ein. In derartigen Fällen war es bisher notwendig, durch mehrere Einzelmessungen
Zwischenwerte festzustellen und aus diesen Zwischenwerten dann die gewünschten Längen-oder
Winkelgrößen zu berechnen. Dieses Verfahren ist für die,MIessung von Werkstücken,
die in großer Zahl hergestellt werden, sehr zeitraubend und umständlich. Außerdem
sind dabei direkt anzeigende optische oder akustische Anzeigegeräte oder Meß automaten
nicht anwendbar.
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Mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung können die gewünschten Meßwerte
schnell und ohne zusätzliche Rechenarbeiten unmittelbar an Anzeigegeräten abgelesen
werden. Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung besteht aus einer Halterung für das
Werkstück und einem mit dieser verbundenen Difterentialhebelsystem.
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Das Differentialhebelsystem hat mindestens zwei Hebel, von denen
der eine (Haupthebel), der die eine Meßstelle abtastet, an der Halterung für das
Wierkstuck drehbar gelagert ist, während der zweite Hebel (Differentialhebel), der
die andere'Meßstelle abtastet, auf dem Haupthebel drehbar gelagert ist.
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Ferner sind Meß- bzw. Anzeigeinstrumente (Meßuhren, Klappen od. dgl.)
vorgesehen, die an den durch die Hebelgesetze bestimmten Stellen des Differentialhebels
angesetzt werden.
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Je nach Gestaltung des zu messenden Werkstückes und je nach der Lage
oder Art der Meßstellen ist das Differentialhebelsystem im einzelnen verschieden
gestaltet. Der vorstehend genannte Grundgedanke der Meßvorrichtung kommt jedoch
in allen Fällen zur Anwendung. Liegen die Meßstelien nicht in einer Ebene, so können
zur Abtastung Zwischenhebel, z.B. Winkelhebel, eingeschaltet werden, die ihrerseits
auf den Haupt- oder den Differentialhebel wirken. Die Lage der Ansatzpunkte für
die Meßinstrumente kann auf dem Differentialhebel nicht beliebig gewählt werden,
sondern ist dadurch bestimmt, daß der Ansatzpunkt für die Meßuhr zur Messung der
einen IGrößle, z. 13. des Mittenversatzes, an dem Diffierentialihebeldrehpunkt liegt,
um den der Differentialhebel beim Nullwert dieser Größe, d. h. des Mittenversatzes,
bei der Messung Ider anderen Größe, d. h. des Winkels, schwingt.
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Bei der Messung von Längen- oder Winkelgrößen einer Nut kann gemäß
einem weiteren Merkmal der Erfindung in die Nut ein.Meßdorn gesteckt sein, dessen
herausragendes Ende von den Hebeln abgetastet wird. Bei der Messung von Bohrungen
kann ein Meßdorn durch die Bohrung gesteckt werden. Die Tasthebel können dann an
beiden aus der Bohrung herausragenden Enden des Meßdornes angesetzt werden.
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Vorteilhaft kann der Meß dorn mit einerZentriervorrichtung versehen
werden. mit der die Toleranz der Aufnahmebohrung, Nut od. dgl., ausgeschaltet wird.
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In den Zeichnungen ist der Gegenstand der Erfindung beispielsweise
und schematisch dargestellt.
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Es zeigt Fig. I ein Diferentialhebelsystem zur Messung des Mittenversatzes
und des Winkels einer in einen Kurbelwellenzapfen eingeschnittenen Nut, Fig. 2,
3 schematische Darstellungen der verschiedenen Arbeitslagen des Differentialhebelsystems
nach Fig. I, Fig. 4 ein Differentiaihebelsystem zur Messung des - Mittenversatzes
und der Dicke einer An-Rächung an einem Zylinder, Fig. 5, 6 schemlatische Darstellungen
der verschiedenen Arbeitslagen des Differentialhebelsystems nach Fig. 4, Fig. 7
ein Differentialshebelsystem - zur Messung des Abstandes und der Paralletität -
zweier Bohrungen in einem Pleuel, Fig. 8, 9 schematische Darstelllungen der verschiedenen
Arbeitslage4 des Differentialhebelsystems nach Fig. 7.
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Bei dem in Fig. I gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine Kurbelwelle
mit ihrem Lagerzapfen 1 in einer prismatischen Auflage 2 der nicht näher dargestellten
Aufnahmevorrichtung gelagert. Die Grundstellung der I(urbelwelle ist durch den Anschlag
3 der Aufnahmevorrichtung für den Kurbelzapfen 4 bestimmt. Zur Messung des Mittenversatzes
m im Lagerzapfen und des Winkels a gegenüber der Kurbelzapfengrundstellung einer
in den Lagerzapfen I eingeschnittenen Nut 5, ist in diese ein Paßdorn 6 eingesetzt,
dessen freies, aus der Nut herausragendes Ende 7 eine in der Mittenebene der Nut
5 liegende Fläche 8 trägt. Das an diese Fläche angesetzte Differentialhebelsystem
besteht aus dem Haupthebel 11, der drehbar in dem Lager 5 an der Aufnahmevorrichtung
für die Kurbelwelle angebracht ist und mit seinem Tastende .13 auf der Fläche 8
aufliegt, und dem zweiarmigen Differentialhebel ru, der drehbar an dem auf dem Haupthebel
11 angebrachten Lager I16 angeordnet ist. Mit dem Ende 14 seines einen Hebelarmes
liegt er auf der Fläche 8 des Paßdornes auf, während an seinem anderen Hebelarm
an den durch die Hebelgesetze bestimmten Stellen I7, I8 die mit der Aufnahmevorrichtung
verbundenen Meßuhren 19,20 für den Mittenversatz in bzw. das Winkelmaß a angesetzt
sind. Zum besseren Verständnis sind in den Fig. 2 und 3 die Arbeitslagen der Hebel
bei den verschiedenen Meßstellungen schematisch dargestellt, und zwar zeigt Fig.
2 die Hebelstellung bei Winkel a = o und vorhandenem Mittenversatz m, während in
Fig. 3 die Hebelstellungen bei Mittenversatz in = o und vorhandenem Winkel a gezeigt
sind. Aus den schematischen Zeichnungen geht hervor, an welchen Stellen die Me6-uhren
anzubringen sind, nämlich die Meßuhr 19 für den Mittenversatz an dem Drehpunkt I7
des Differentialhebels 12 bei MittenversSatz in = o und vorhandenem Winkel a (Fig.
3), die Meßuhr 20 für den Winkel a an dem Drehpunkt i8 desDifferentialhebels 12
bei Win;kel a = O und vorhandenem Mittenversatz in (Fig. 2).
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In Fig. 4 ist gezeigt, wie der Mittenversatz in und die Stärke h
einer Zylinderanflächung gemessen werden können. Der Zylinder 20' ist in ein Lager
2I einer nicht näher dargestellten Aufnahmevorrichtung derart gelegt, daß die Hebel
22, 23 des Differentialhebelsystems die Anflächung 24 von beiden Seiten abtasten
können. Die Lager 25, 26, in denen die Hebel 22, 23 drehbar gelagert sind, sind
fest an der Aufnahmerorrichtung angebracht.
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Der als Haupthebel wirkende Hebel 22 ist als zweiarmiger Winkelhebel
ausgestaltet, der mit seinem einen Hebelende 27 auf der einen Seite der Anflächung
24 aufliegt, während das andere Hebelende das Lager 28 für den Differentialhebel
29 trägt. Da die Flächen der Meßstellen an beiden Seiten der Anflächung 24 nicht
in einer Ebene liegen, muß die Tastbewegung über einenZwischenhebel 23 auf den Differentialhebel
29 übertragen werden. Der Winkelhebel 23 liegt mit seinem einen Ende 30 auf der
zweiten Seite der Anflächnng t24 auf, während er mit dem Ende 31 des anderen
Hebelarmes
den Differentialbehel 29 beeinflußt. Am Difterentialhebel 29 sind die AIeßuhren
3, 33 angesetzt.
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Die Arbeitsweise des Differentialhebelsystems und die Lage der Ansatzpunkte
34, 35 der Meßuhren 32, 33 sind in diesem Falle aus den schematischen Darstellungen
der Fig. 5 und 6 ersichtlich. Fig. 5 zeigt die Hebelstellung bei Stärkeabweichung
#h = o der Auflächung 24 und vorhandenem Mittenversatz in. Fig. 6 zeigt die Hebelstellung
bei Mittenversatz in = o und abweichender Stärke der Anflächung 24 von der Normalstärke
lt.
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In beiden Figuren ist gestrichelt die Nullstellung des Differentialhebels
29 und ausgezogen die jeweilige Nießstelluug des Differentialbebels 29 dargestellt.
Aus diesen Figuren ist ferner ersichtlich. daß der Ansatzpunkt der Meßuhr 32 für
den Mittenversatz am Drehpunkt 34 des Differentialhebels 29 bei dem Mittenversatz
nz = o und vorhandener Abweichung lt von der Normalstärke lt der Anflächungss4 liegt
(vgl. Fig. 6), während der Ansatzpunkt der Meßuhr 33 für die Stärke h am Drehpunkt
35 des Differentialhebels 29 bei Nullwert der Stärkeabweichung (Sh = o) von der
Normal stärke h der Anilächung und vorhandenem Mittenversatz m liegt (vgl. Fig.
5).
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Das Ausführungsbeispiel der Fig: 7 zeigt eine Meßvorrichtung zum
Messen des Abstandes s und der Parallelität von zwei Bohrungen in einem Pleuel.
Das Pleuel 40 ist mit der einen Bohrung ßI auf einen in der nicht näher dargestellten
Haltevorrichtung 4!2 angebrachten Dorn 43 aufgesteckt, während durch die zweite
Bohrung 44 ein Paßdorn 4.5 gesteckt ist. Der Schaft des Pleuels ruht auf einer Schneide
56 der Haltevorrichtung. Die Abweichungen von der Parallelität der beiden Bohrungen
können durch Messung des Winkels fl zwischen der normalen, parallel zur Achse, der
Bohrung 41 verlaufenden Achse C-D und der tatsächlich vorhandenen Achse der Bohrung
44 festgestellt werden.
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Das hierbei angewendete D ifferentialhebelsystem besteht aus einem
gelsröpften Drebhebel 46 als Haupthebel, dessen Drehachse E-F parallel zu der Achse=4-B
des Haltedornes 43 verläuft und in der erwähnten Haltevorrichtung 42 gelagert ist.
Mit dem Ende 47 des Haupthebels 45 wird das eine Ende des Paßdornes 45 abgetastet.
Auf dem anderen Ende 48 des Haupthebels 46 ist der Differentialhebel 50 in dem Lager
49 drehbar gelagert.
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Der Differentialhebel 50 ist als gestreckter zweiarmiger Hebel ausgebildet,
der mit dem einen Ende 51 an dem Paßdorn 45 anliegt; an dem Differentialhebel 50
sind auch die Meßuhren 52, 53 angesetzt.
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Die Arbeitsweise des Hebelsystems und die Lage der Ansatzstellen
54, 55 der Meßuhren 52, 53 ergeben sich aus den schematischen Zeichnungen der Fig.
8 und 9. Dabei zeigt die Fig. 8 die Hebelstellung bei Abweichung ds = o von dem
Normalabstand s der Bohrungen 41 und 44 und vorhandener Abweichung von der Parallelität
der Bohrungsachsen A-B und C-D, also bei vorhandenem ,B. während in Fig. 9 die Hebelstellungen
bei Parallelitätsabweichung ~B = o und vorhandenen Abstandsabweichungen ds der Bohrung
gezeigt sind. In den Fig. 8 und 9 sind mit gestrichelten Linien die Nullstellung
der Hebel, mit ausgezogenen Linien die jeweiligen Stellungen der Hebel während der
Messungen angedeutet. Die Lage des Ansatzpunktes der Meßuhr 52 ist gegeben durch
den Drehpunkt 54 des Differentialhebels 50 bei Paralletitätsabweichung *,B = o (vgl.
Fig. 9), die des Ansatzpunlçtes der Meßuhr 53 durch den Drehpunkt 55 des Differentialhebels
50 bei Abstandsabweichungds = o der Bohrungen 4I und 44 (vgl. Fig. 8).
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Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele
beschränkt, sondern läßt sich in ähnlichen Fällen, bei denen bei der Messung einer
Längen- oder Winkelgröße durch diese Messung nicht bestimmbare Vierte einer zweiten.
Längen- oder Winkelgröße mit eingehen, mit gleichem Erfolg anwenden.
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An Stelle der zur Anzeige verwendeten Meßuhren können auch direkt
oder über elektrische Kontakte und Relais Glühlampen, Fallklappen od. dgl. Signalgeräte
zur Anzeige verwendet werden, die ansprechen, wenn die Meßausschläge außerhalb des
eingestellten Toleranzbereiches liegen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch zur selbsttätigen Kontrolle
der Maße der Werkstücke verwendet werden, wobei die den Toleranzbedingungen nicht
entsprechenden Werkstücke selbsttätig aussortiert werden.
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Durch entsprechende Vermehrung der Hebel und Anzeigeinstrumente läßt
sich die erfindungsgemäße Vorrichtung auch zur gleichzeiügen Messung und Anzeige
von mehr als zwei voneinander abhängigen Längen- und Winkelmatßen verwenden.
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Die wesentlichen Vorteile, die mit der Erfindung erzielt werden,
ergeben sich aus der unmittelbaren Anzeige von Meßwerten, die bisher aus mehreren
Einzelmessungen erst durch Rechnung ermittelt werden mußten. Dadurch werden Zeitverluste
und Fehler vermieden.
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DieMessungen können von weniger qualifizierten Arbeitskräften durchgeführt
werden, da die Meßperson nur auf den Zeigerausschlag in dem vorgesehenen Toleranzbereich
zu achten braucht.
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Der Meßvorgang ist schnell und zuverlässig. Die Meßanordnung ist
daher insbesondere auch zur Messung und Kontrolle von serienmäßig hergestellten
Präzisionsmaschinenteilen geeignet.
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Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung kann auch in einfacher Weise
zu einer selbsttätig arbeitenden Meß- und Kontrollanlage für komplizierte Werkstücke
ausgebaut werden.