-
Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen von Werkstücken
Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zum Prüfen von runden, vollen oder hohlen, aus verschiedenen
zylindrischen oder kegeligen Teilen zusammengesetzten Werkstücken, die zur Prüfung
in eine Aufnahmevorrichtung eingespannt und gedreht werden, auf Genauigkeit des
Durchmessers, der Wandstärke, der Rundheit und der Gleichachsigkeit, wobei jede
dieser Bestimmungen für sich oder in beliebiger Verbindung mit den übrigen ausgeführt
wird.
-
Es sind Vorrichtungen bekannt, die dazu dienen, die Gleichachsigkeit
von Innen- und Außenwandungen von rohrförmigen bzw. von vollwandigen, aus mehreren
Teilen verschiedenen Durchmessers zusammengesetzten Werkstücken zu ermitteln. Die
rohrförmigen Teile werden hierfür auf einen Dorn aufgesetzt und die Außenwandungen
mit einer mechanischen Einrichtung in Berührung gebracht.
-
Vollwandigekörper werden in ein Drehfutter eingespannt und mit einer
entsprechenden Vorrichtung abgetastet.
-
Außerdem sind Einrichtungen zur Messung der Wandstärke von rohrförmigen
Werkstücken bekannt, die darauf beruhen, daß das Feld zweier Magnete, zwischen denen
das Werkstück gedreht wird, bei Wandstärkenunterschieden geändert wird.
-
Alle diese Vorrichtungen geben jedoch nur dann genaue Resultate,
wenn die Werkstücke genau zentrisch und gerade im Aufnahmefutter eingespannt worden
sind. Von größeren Ungenauigkeiten abgesehen, werden zumindest die Lager- und Einspanntoleranzen
die Meßergebnisse verfälschen.
-
Besonders bei der Bestimmung der Gleichachsigkeit kommt es bei Teilen
die z. B. für die Geschoß-
herstellung bestimmt sind, sehr häufig
vor, daß die zulässigen Toleranzen für die Durchmesser und Wandstärken sowie für
die Rundheit verhältnismäßig groß sind, während Idie für die Gleichachsigkeit sehr
klein gehalten werden müssen, um nach dem für die Fertigbearbeitung folgenden Ziehvorgang
gerade und gleichmäßige Teile zu erhalten.
-
Es wird daher als besonderer Nachteil dieser bekannten Ausführungen
empfunden, daß die Prüfgeräte oft eine Ungleichachsigkeit ,des Werkstückes anzeigen
und dieses damit als Ausschuß kennzeichren, während in Wirklichkeit eine exzentrische
und schiefe Lagerung im Meßfutter oder eine Unrundheit die Ursache zu dieser Fehlanzeige
ist.
-
Die Erfindung vermeidet diese Fehlerquellen, indem für die Beurteilung
der Werkstückgenauigkeit die Angaben von zwei oder mehr Meßeinrichtungen in Beziehung
zueinander gesetzt werden, die mit' Fühlfingern, die quer zur Tastebene und senkrecht
zur Tastrichtung schneiden- ader flächenartig ausgebildet sind, arbeiten. Dadurch
wird die Bestimmung der einzelnen Größen unabhängig voreinander und insbesondere
unabhängig aron der Werkstück lagerung durchgeführt.
-
Soll der Druchmesser bzw, die Rundheit von schief bzw. exzentrisch
eingespannten vollwandigen Werkstücken geprüft -wenden, sind nach Abb. I zwei Meßköpfe
zu verwenden, die in derselben Tastebene aber von zwei verschiedenen Seiten am Werkstück
in genau entgegengesetzter Richtung anliegen.
-
Nach Abb. 2 werden die Meßköpfe vorteilhaft so angeordnet, daß der
Meßkopf I z. B. am Maschinenbett fest gelagert wird und mit seinem Fühlünger den
Idurch exzentrische hzw. schiefe Einspannung des Werkstückes verursachten Schlag
mitmacht, während der Meßkopf II seinerseits auf diesem Fühlfinger fest ruht und
dessen Bewegungen ohne Beeinflussung seiner eigenen Messung folgt. Der Fühlfinger
des Meßkopfes II ist gekröpft ausgebildet und reicht, an dem Werkstück vorbeilaufend,
auf die andere Werkstückseite und liegt hier in Iderselben Tastebene, aber mit einem
dem Meßkopf 1 entgegengesetzten Tastdruck an. Läuft das Werkstück unrund, bleibt
der Fühlfinger des Meßkopfes I trotzdem in dauernder Berührung mit diesem. Eine
Anzeigevorrichtung im Meßkopf I gestattet das Maß Ides Schlages abzulesen. Der Meßkopf
II gibt den Durchmesser Ides Werkstückes an. Sollte dies selbst unrund sein, so
ist das Maß dieser Unrundheit aus dem Pendeln der Anzeigevorrichtung zu ersehen.
-
Voraussetzung für diese Messungen ist jedoch, daß die Fühlfingerenden
senkrecht zur Tastrichtung schneiden- oder flächenartig asgebildet sind, wie in
Abb. 4 gezeichnet, so daß die Verbindungslinie der Berührungspuntkte zwischen den
Meßinstrumenten und dem Werkstück stets durch Iden Werkstückmittelpunkt geht, unabhängig
von dem Wandern des Werkstückes zwischen den Abtasteinrichtungen .infolge Ider schiefen
und exzentrischen Einspannung.
-
Verzichtet man darauf, die Größe des Schlages zu bestimmen, genügt
eine vereinfachte Vorrichtung, bei (der der bisherige Meßkopf I durch eine Anlagevorrichtung
ersetzt wird, die von einer Feder in dauernder Berührung mit dem Werkstück gehalten
wird. Der Meßkopf II ist wie bisher auf dieser Vorrichtung gelagert und macht deren
Bewegungen ohne Beeinflussung seiner eigenen Messungen mit.
-
Die Vorrichtung kann auch slo ausgebildet werden, daß die Ausschläge
der Meßköpfe, die nach Abb. I von zwei entgegengesetzten Seiten am Werkstück anliegen,
gegeneinander kompensiert werden, wie lin dem Schaltschemla tder Abb. 3 gezeigt
ist.
-
Zu diesem Zweck werden sogenannte elektrische Meßkopf verwendet,
die aus einem zwischen einem mit Wechselstrom gespeisten Magnetsystem bFeweglichen
Anker bestehen, der als mechanischer Fühlfinger ausgebildet gegen das zu prüfende
Werkstück zum Anliegen gebracht wird und bei seiner Verschiebung Spannungsänderungen
in dem magnetischen Kreis auslöst, die an einem meßinstrument abgelesen das Maß
der Verschiebung des Fühlfingers, d. h. die Genauigkeit des Werkstückes, angeben.
Außer diesen auf den magnetischen Änderungen beruhenden Meßkörpfen können selbstverständlich
auch solche nach dem Kapazitäts- oder einem anderen, eine elektrische Größe ändern
den Prinzip arbeitende meßköpfe verwendet werden.
-
Zur Messung Ider Kegelsteigung von vollwandigen Werkstücken werden
mit Vorteil zwei Meßkopfpaare verwendet, die paarweise in einer Ebene mit genau
entgegengesetzter Richtung am Werkstück anliegen. Die Meßköpfe einer Ebene werden
wie bisher, z.B. nach Abb. I und 2, angeordnet. Die Gleichmäßigkeit der Steigung
läßt sich mit einem Meßkopfpaar kontrollieren, das, wie bisher üblich, gegenseitig
angeordnet ist und außerdem je an einem Leitlineal parallel mit der vorgeschriebenen
Kegelsteigung verschoben wird. Zeigt der bisher mit II bezeichnete Meßkopf keinen
Ausschlag, stimmt die Kegelsteigung des Werkstückes mit oder des Meßlineals überein.
Ein Ausschlag des M eß instrumentes dagegen kennzeichnet Steigungsfehler des Kegels.
-
Sind vollwandige Körper, die aus mehreren zylindreschen oder kegeligen
Teilen zusammengesetzt sind, auf ihre Gleichachsigkeit zu prüfen, werden mindestens
drei oder mehr Meßköpfe nach Abb. 5 verwendet, die alle parallel miteinander, aber
in verschiedenen Ebenen arbeiten. Ist das Werkstück genau zentrisch und gerade eingespannt,
zeigt keiner dieser Meßköpfe einen Ausschlag. Bei exzentrisch r und gerader Einspannung
zeigen alle drei Meßköpfe eine gleichmäßige Auslenkung. Bei schiefer Einspannung
würde der Meßkopf III (Abb. 5), der dicht an der Einspannstelle des Werkstückes
sitzt, eine nur sehr geringe Abweichung zeigen, während die Meßköpfe I und II entsprechend
ihrem Abstand von der Einspannstelle eine größere Ablenkung aufweisen. Es sei z.B.
der Ausschlag des Meßkopfes III gleich Null, der von II gleich 1/100 mm, ,dann muß
der des Meßkopfes I gleich 2/100 mm sein, vorausgesetzt, daß III in der Einspannstelle
steht und die Abstände von III bis II und II bis I gleich groß sind. Bei sowohl
exzentrischer als auch schiefer Einspannung zeigt unter den gleichen Voraus-
setzungen
z. B. III einen Ausschlag von 1/100 mm, II von 2/100 mm und 1 von 3/1000 mm. Entsprechen
die Angaben der Meßvorrichtungen diesen Verhältnissen nicht, ist damit bewiesen,
daß der Körper in sich ungleichachsig ist.
-
Ist die Gleichachsigkeit der Innen- und Außenwandung von rohrartigen
Körpern zu prüfen (Abb. 6 und 7), werden zwei Meßlehnen verwendet, von denen eine
rdie Außenwandung abtastet, während die andere, auf dem Fühlfinger der ersten gelagert,
an der Innenwandung in derselben Tastebene über in diametral entgegengesetzter Tastrichtung
anliegt. Durch eine derartige Messung kann jedoch nur festgestellt werden, ob die
Mittelpunkte des Innen- und Außenkreises des Werkstückes in der Tastebene zusammenfallen.
Die Gleichachsigkeit der beiden Wandungen ist dadurch zu prüfen, daß die Meßeinrichtung
in mindestens noch einer praktischerweise in möglichst großem Abstand von der ersten
Meß stelle liegenden zweiten Meßstelle zum Abtasten angesetzt wird. Es können Idazu
Führungsbahnen vorgesehen sein, in denen die Einrichtung seitlich verschoben werden
kann. Die Verwendung von zwei Meßpaaren erübrigt diese seitliche Verschiebung und
gestattet, in zwei verschiedenen Ebenen gleichzeitig zu arbeiten.
-
Selbstverständlich kann auch hier, wie schon vorher erwähnt, an Stelle
der außen arbeitenden Meßlehre eine Vorrichtung verwendet werden, die durch eine
Feder in ständiger Berührung mit dem Werkstück gehalten wird. Außerdem ist die Verwendung
einer Kompensationsschaltung nach Abb. 3 ehenfalls möglich. Voraussetzung für die
Genauigkeit der Messung ist jedoch, daß die durch eine schiefe und exzentrische
Einspannung des Werkstückes hervorgerufene Wanderung an den Fühlfingerspitzen ohne
Einfluß auf die sonstigen Messungen bleibt. Bei dem Außertaster wird dies, wie bisher
üblich, durch eine schneidenartige Ausbildung der Tasterspitze erreicht. Der Taster
für die Innenwandung wird nach Abb. 8 derart ausgebildet, daß er in einer Führungsbahn
geradlinig und senkrecht zur Tastrichtung verschiebbar ist. Wandert nun das Werkstück,
kann der Meßkopf unbeeinflußt hiervon arbeliten, da das Gleitstück in der Führung
bzw. der Fühlfinger in der senkrecht dazu stehenden Richtung entsprechend folgt.
Eine besondere Feder zwischen Fühlfinger und Gleitstück hält dieses mit der Reibungskraft
zwischen der Gleitstückspitze und der Rohrwand im Gleichgewicht.
-
Die Anzeige der Meßköpfe braucht nicht direkt abgelesen zu werden.
Die durch die Tasterbewegng verursachte Spannungsänderung des elektrischen Systems
des Meßkopfes kann je nach ihrer Größe verschiedene Entladungsgefäße zum Ansprechen
bringen, die ihrerseits über Relais Kontrollampen in Tätigkeit setzen. Es ist weiter
möglich, verschiedene Toleranzbereiche einzurichten und danach verschiedene Kontrollampen
zu betätigen. An Stelle der Kontrollampen bzw. zusammen mit ihnen können auch Sortiervorrichtungen
betätigt werden.
-
Die Abb. 9 bis 11 zeigen Beispiele für die Messung der Gleichachs'igkeit
eines vollwandigen, zylindrischen Körpers, der der Einfachheit halber in der Abb.
9 mit glatt durchlaufenden Wänden dargestellt ist, zusammen mit der Schaltung der
Meßköpfe in Ablb. 10 sowie dem Schaltplan der verschiedenen Relais zur Betätigung
einer Kontrollvorrichtung, z. B. einer Lampe, an deren Aufleuchten oder Erlöschen
abgelesen werden kann, ob das Werkstück gut oder Ausschuß ilst, ohne daß die eiuzelnen
Meßinstrumente abgelesen zu werden brauchen (Abb. 11).
-
Die Meßzungen in den Meßköpfen haben für die verschiedenen Röhrenschaltungen
mehrere bevorzugte Stellungen, in dem in Abb. 10 gezeichneten Beispiel je 4, nämlich
20, 2I, 22 und 23. Davon ist 20 als Nullstellung ausgebildet, d. h. in dieser Meßzungenlage
wird keinerlei Wirkung auf das zugehörige Meßinstrument bzw. die Schaltröhren ausgeübt.
Zu jeder der je drei übrigen Stellungen 2I, 22, 23 gehören Röhren R1 bis R9, die
bei ihrem Ansprechen Relais I bis g mit den Arbeitskontakten 1a bis ga in Tätigkeit
setzen, die ihrerseits wieder über Relais II bis 19 mit Arbeitskontakten IIa bis
Iga und Ruhekontakten Ihr bis Igr weitere Stromkreise, z. B. zu Kontrollampen oder
Sortiervorrichtungen, sch'alten. Zum Beispiel gehört nach Abb. 10 zur Röhre R1 dias
Relais I, bei dessen Einschalten wiederum das Relais ii in Abb. II betätigt wird.
-
Abb. ga zeigt als Fall 1 ein Werkstück, das in einem Futter genau
zentrisch und gerade eingespannt ist. Wird das Werkstück zur Messung gedreht, schlägt
keiner der drei Meßköpfe aus; vorausgesetzt, daß das Werkstück absolut gerade und
genau rund ist. Die Meßzungen der Meßköpfe I, II, III befinden sich in Stellung
20, d. h. sämtliche Röhren bleiben ausgeschaltet. Daher sind auch sämtliche Relais
spannungslos. Da die zugehörigen Ruhekontakte 1r, 14r und 17r geschlossen sind,
leuchtet die Kontrollampe der Abb. 11 auf. Sobald irgendein Meßkopf ausschlägt,
d. h. die zu messende Welle krumm oder unrund ist, wird eiJne der drei Meßzungen
in die Stellung 21 gelangen und damit die Röhre R1, R4 oder R7 der Abb. 10 zum Ansprechen
bringen. Es erhält dann dias Relais I, 4 oder 7 Spannung, wodurch wiederum die Relais
11, I4 oder I7 eingeschaltet werden. Diese bleiben auch dann noch eingeschaltet,
wenn der Fühlfinger auf kurze Zeit wieder in die Stellung Null zurückgeht, d. h.
wenn das Werkstück unrund ist und dadurch nur eine kurzzeitige Betätigung der Meßzunge
eintritt. Die Kontrollampe bleibt also in diesem Fall ausgeschaltet, da die Relais
ihre Ruhekontakte 11r, 14r oder 17r geöffnet haben.
-
Abb. 9b zeigt als Fall 2 eine zentrische, aber schiefe Werkstückeinspannung.
Die Lage der Achse des Werkstückes ist in der Abbilldunlg durch die Linie x angedeutet.
In diesem Fall wird der Meßkopf I keine Ablenkung zeigen, der Meßkopf II jedoch
um einen bestimlmten Betrag, z. B. 1/100 mm ausschlagen. Die Meßzunge des letzteren
befindet sich dann in der Stellung 21. Der Abstand zwischen dem Meßkopf I und II
sei mit a bezeichnet, der Abstand zwischen II und III mit b. Wenn a gleich b
ist,
muß der Ausschlag Ides Meßkopfes III doppelt so groß wie der von II sein, vorausgesetzt,
daß das Werkstück gleichachsig und genau runil ist. Steht die Meßzunge des Meßkopfes
1 in Stellung 20, die des Meßkopfes II in Stellung 21 und die des Meßkopfes III
in der Stellung 22, so ist diese Bedingung erfüllt. Die Röhre ist ausgeschaltet
und damit auch das Relais I baw. 11. Die Röhre R4 hat jedoch gezündet, da die Zungen
des Meßkopfes II in der Stellung 21 stehen. Dadurch haben die Relais 4 nr.d 14 Spannung.
Die Röhren R5 und R6 sind jedoch ausgeschaltet und somit auch die zugehörigen Relais.
Da die Meßzunge des Kopfes III sich in Stellung 22 befindet, zündet auch die Röhre
R8, so daß somit auch das Relais 8 bzw I'8 Spannung bekommt. Die Kontrollampe leuchtet
also auf. Sobald jedoch die Meßzunge des Meßkopfes I z. B. in die Stellung 21 gelangt,
d. h. das Werkstück krumm ist, erlischt die Lampe. Wenn die Röhre R1 zündet, erhält
das Relais I Spannung, wodurch wiederum das Relais 11 eingeschaltet wird. Das Relais
11 unterbricht seinen Ruhekontakt 11r, so daß die Lampe abfällt. Das gleiche ist
der Fall, wenn z. B. die Meßzunge des Meßkopfes II in der Stellung 22 steht.
-
In diesem Fall zündet die Röhre R5, wodurch ,das Relais 5 bzw. 15
Spannung bekommt. Dlas Relais 15 öffnet seinen Ruhekontlakt, wodurch die Zuleitung
zur Lampe unterbrochen wird.
-
Abb. 9c zeigt für den Fall 3 eine genaue gerade, aber exzentrische
Werkstückeinspannung. Die Werkstückachse liegt also im Abstand e von der zentrischen
Achse parallel zur Verbindungslinie der Meßköpfe. Diese müssen daher alle den gleichen
Ausschlag zeigen, falls das Werkstück tatsächlich in sich gerade und genau rund
ist. In diesem Fall leuchtet die Kontrollampe ebenfalls auf. Sobald die Zunge von
einem der Meßköpfe in einer anderen Lage als die der übrigen steht, erlischt /die
Lampe, da dann die entsprechenden Ruhekontakte geöffnet werden, wodurch die Lampe
spannungslos wird.
-
Abb. 9d zeigt als Fall 4 das Werkstück so eingespannt, daß es an
der Einspannstelle unrund läuft und außerdem außen nicht parallel zu den Meßköpfen.
liegt. Es sei angenommen, daß die Zunge des Meßkopfes I in ,die Stellung 21 gedrückt
sei. Steht die Meßzunge II in 22, dann muß die von III in der Stellung 23 stehen.
Nur in diesem Fall ist das Werkstück gleichachsig, und die Kontrollampe leuchtet
auf. Da die Röhre R1 gezündet hat, ist der Arbeitskontakt IIa geschlossen. Die Kontakte
12r und 13r sind ebenfalls geschlossen. Da auch die Röhren R4 und R5 gezündet haben,
sind die Arbeitskontakte der Relais I4a und 15a geschlossen. ebenso der Ruhekontakt
16r. Außerdem haben die Röhren R7, R8, R9 gezündet, so daß die Arbeitskontakte 17a,
I8a, 19a ebenfalls geschlossen sind. Die Lampe erhält Spannung.
-
Die bisherigen Ausführungen zeigen leliglich Schaltungsbeispiele,
die natürlich in Einzelheiten variiert werden. Zum Beispiel können die einzelnen
Spannungen der Meßköpfe gegeneinandergeschaltet und dadurch eine Addition bzw. Subtraktion
der einzelnen Meßwerte erreicht werden. Es ist auch möglich, in der Röhrensteuerung
z. B. an ,den einzelnen Meßköpfen in Millimeter geeichte Amperemeter anzuschließen,
die einzelnen Meßwerte von diesen direkt abzulesen und dadurch die verschiedenen
Werkstückgrößen zu prüfen. Es ist ferner möglich, das Meßgerät so auszubilden, daß
man den einen oder anderen Meßkopf seitlich verschieben kann, wodurch das Maß a
bzw. b kleiner oder größer wird Damit die Meßgenauigkeit dieser Einrichtung durch
die Änderung nlicht leidet, kann der Größe der Verschiebung entsprechend eine Änderung
der Gittervorspannung bewirkt werden. Macht man z. B. b doppelt so groß wie il,
muß der Ausschlag des Meßkopfes III dreimal so groß sein wie der des Meßkopfes II,
vorausgesetzt, daß das Werkstück gleichachsig ist. Dies erreicht ,man dadurch, daß
man mit der Vergrößerung des Maßes b die Gittervorspannung für ,die Röhren R7, R8,
Rg entsprechend kleiner macht.
-
Die genaue Einstellung der Meßköpfe erfolgt mechanisch durch Anlegen
an ein, entsprechendes Leitlineal oder auf optischem Wege.