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Gerät zur Uberwachung der Abmessungen von Werkstücken
Die Erfindung
bezieht sich auf ein Gerät zur Überwachung der Abmessungen von Werkstücken, und
zwar insbesondere zur Durchführung einer solchen kontinuierlichen oder absatzweisen
Überwachung während der Bearbeitung oder Bewegung der Werkstücke, wobei zwischen
dem Werkstück und den Tastelementen des Uberwachungsgerätes periodische Unterbrechungen
stattfinden können.
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Es sind bereits kapazitiv arbeitende Geräte bekannt, bei denen ein
Taster-einen Meßkondensator mit Luftdielektrikum steuert, dessen gegenüberliegende
Platten mit zwei das Werkstück abtastenden Meßbacken verbunden sind, wobei die Meßresultate
auf elektrischem Wege angezeigt werden. Bei Tastgeräten mit elektrischer Übertragung
ist es auch bekannt, die Tastelemente durch parallele Blattfedern zu führen.
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Bei den bekannten Geräten dieser Art treten Schwierigkeiten bei der
Messung von Werkstücken während deren Bearbeitung auf. Beispielsweise ist es nicht
möglich, Messungen von Innendurchmessern bei Anwesenheit von Bearbeitungswerkzeugen
durchzuführen. Bei Vorrichtungen mit einem einzigen Taster wird die Messung auch
leicht durch Formänderungen und Bewegungsspiele der Bearbeitungsmaschine beeinflußt.
Durch die Erfindung wird bezweckt, diese und sonstige Nachteile der bekannten Einrichtungen
zu be-
seitigen und ein Gerät zu schaffen, welches einfach ausgebildet
ist, trotzdem aber ein sicheres und genaues Arbeiten ermöglicht.
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Die Erfindung verwendet vorzugsweise zwei bewegliche Armaturen, die
mit Tastern sowie mit Führungs- und Druckfedern versehen sind, welche in ihrer Gesamtheit
gleich große bewegliche Massen und gleiche elastische Nachgiebigkeit aufweisen,
und die Anordnung einer elektrisch betätigten Schnellblockierungs- und Lösevorrichtung
für die bewegliche Armatur, welche aus einer mit der Armatur verbundenen Zunge,
einer mit dem Gehäuse verbundenen, zum Festklemmen der Zunge zwischen einer festen
und einer beweglichen Ebene geeigneten Zange, einem unter der Wirkung einer Feder
die bewegliche Ebene gegen die unbewegliche Ebene drückenden und dadurch die Zunge
einzwängenden Joch sowie einem die Zunge durch Anziehen des Joches wieder freigebenden
Elektromagneten besteht.
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Der Zugriff der Taster auf die beweglichen Armaturen erfolgt zweckmäßig
auf einer zylindrischen, mit zwei Längsnuten versehenen Fläche der beweglichen Armatur,
zwei zueinander rechtwinkligen ebenen Flächen des Tasters, einem in eine der Nuten
der Armatur eingreifenden feststehenden Zahn und einem in die zweite Nut eingreifenden
beweglichen Zahn, welcher derart anziehbar ist, daß dadurch die genannten ebenen
Flächen auf der zylindrischen Fläche der beweglichen Armatur festgelegt werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Gerät mit einer Vorrichtung
zum Umschalten der Zeitkonstanten versehen, bei der eine Veränderung des von den
Tastern gemessenen Betrages von einem Meßanzeigerinstrument verfolgt wird. Diese
Vorrichtung besteht aus einer in die die Meßanzeigen liefernden Stromkreise eingeschalteten
Widerstands- und Kapazitätsverzögerungsgruppe und einem zum Kurzschließen des Widerstandes
geeigneten Schalter.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachstehenden Beschreibung
an Hand der Zeichnung näher erläutert.
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Fig. I zeigt eine Vorderansicht des Vergleichsmikrometers gemäß der
Erfindung in schematischer Darstellung; Fig. 2 stellt einen Schnitt nach der Linie
A-A der Fig. I dar und zeigt das Anbringen eines Tasters an dem ihm zugeordneten
beweglichen Element; Fig. 3 zeigt die elektrische Schaltanordnung und die Funktion
des Ausgleichskondensators gegenüber dem Meßkondensator; Fig. 4 zeigt das Schaltbild
der elektrischen Einrichtung für die Speisung und die Messung, die für das Anschalten
an die Klemmen G und E des Vergleichsmikrometers gemäß der Erfindung bestimmt ist.
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In Fig.' der Zeichnungen ist eine Ausführungsform des Vergleichsmikrometers
gemäß der Erfindung dargestellt.
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Die mechanischen Elemente, die an der Messung teilnehmen, bestehen
im wesentlichen aus den beweglichen Elementen I und 2, die durch die Federn 3, 4,
5, 6 geführt werden. Diese Federn sind flache Blattfedern, deren breite Seite senkrecht
zur Zeichnungsebene liegt und deren eine Enden am Gehäuse 7 des Gerätes befestigt
sind, während ihre anderen Enden mit den beweglichen Elementen verbunden sind, so
daß sich zwei symmetrische Rechtecke mit den Seiten 3, I, 4 und 5,2, 6 ergeben.
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Die beweglichen Elemente, welche durch zylindrische Stäbe I und 2
gebildet werden, sind mit Taster 8 bzw. 9 verbunden. Am unteren Ende 10 des Stabes
I ist, elektrisch von der Masse isoliert, eine Platte r3 eines Meßkondensators Cm
mit Luftdielektrikum befestigt, dessen andere Platte 12 ebenfalls gegenüber der
Masse isoliert und am oberen Enden des Stabes 2 befestigt ist. Am Ende 10 ist ferner
eine Abschirmplatte 14 befestigt und am Ende In eine ähnliche Platte 15. Das untere
Ende I6 des Stabes 2 trägt einen Stift I7, an dessen Endet8 eine Feder 19 befestigt
ist, deren oberes Ende an einem mit dem Gehäuse 7 fest verbundenen Teil 20 festgemacht
ist.
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In ähnlicher Weise ist am unteren Ende des Stabes I bei 21 das untere
Ende einer Feder 22 befestigt, deren oberes Ende an dem mit dem Gehäuse 7 fest verbundenen
Teil 23 festgemacht ist.
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Das untere Ende 10 des beweglichen Elementes I trägt eine Lamelle
24, die mit ihrem oberen Ende in den Raum zwischen der Lamelle 26 und den am Gehäuse
7 des Gerätes befestigten Teil 25 hineinragt.
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In ähnlicher Weise ist am oberen Ende II des beweglichen Elementes
2 bei 32 eine Lamelle 28 befestigt, die mit ihrem unteren Ende in den Raum zwischen
der Lamelle 30 und den am Gehäuse 7 befestigten Teil 29 hineinragt.
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Bei 34 ist ein Hebel 33 angelenkt, der an seinem oberen Ende 35 unter
der Wirkung einer bei 37 am Gehäuse des Gerätes befestigten Feder 36 steht.
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Der Hebel 33 trägt einen Stift 40, der bei entspannter Feder 36 gegen
die Lamelle 26 anliegt, wodurch die vom beweglichen Element getragene Lamelle 24
zwischen der Lamelle 26 und dem am Gehäuse befestigten Teil 25 eingeklemmt wird.
Ein Elektromagnet 38 liegt mit seinem Polschuh 39 dem Hebel 33 aus ferromagnetischem
Werkstoff gegenüber.
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Beim Erregen des Elektromagneten wird der Hebel 33 angezogen, wodurch
die Lamelle 24 aus der Klemmung durch die Lamelle 26 und den Teil 25 freigegeben
wird. Bei der in Fig. I gezeigten Lage ist der Elektromagnet 38 erregt. Gleiche
Verhältnisse liegen für den Hebel 41 und den Elektromagneten 42 zum unteren beweglichen
Element2 vor.
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Der Hebel 43 ist bei 63 schwenkbar gelagert und steht unter der Wirkung
einer Feder65, die das rechte Ende des Hebels im Abstand von den am beweglichen
Element I befestigten Teil 21 hält. In ähnlicher Weise steht der bei 64 schwenkbar
gelagerte Hebel 44 unter der Wirkung einer Feder 66, die sein Ende in Abstand von
dem beweglichen Element 2 hält. Ein um 68 drehbarer Exzenter 67 steht unter der
Wirkung der Feder 70, die das Bestreben hat, den Exzenter im Uhrzeigersinn zu
drehen.
Am Exzenter 67 ist ein Handgriff 69 befestigt. Durch Drehung des Exzenters 67 entgegengesetzt
dem Uhrzeigersinn werden die linken Enden der Hebel 43 und 44 auseinandergespreizt,
wodurch deren rechte Enden durch ihre Anlage an den Teilen 21 und 32 die beweglichen
Elemente I und 2 in ihre Grundstellung bringen, d. h. in diejenige Stellung, in
welcher die Federn 3, 4, 5 und 6 nicht durchgebogen sind.
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Die Befestigung der Taster 8 und 9 an den beweglichen Elementen I
und 2 ist mit Einzelheiten in Fig. 2 gezeigt, die einen Schnitt nach der Linie A-A
der Fig. I darstellt.
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Das bewegliche Element I weist zwei Sektoren 45 von zylindrischer
Oberfläche und zwei ebene Flächen 46 auf, welch letztere in Richtung zweier Erzeugenden
verlaufen. Der Taster 8 besitzt zwei ebene, zueinander senkrechte Flächen 47, die
an den zylindrischen Oberflächen45 anliegen, sowie drei feststehende Zähne 48 und
einen beweglichen Zahn 49, der von einem Spannbolzen 51 getragen wird.
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Dieser Bolzen kann durch den Handgriff 52 betätigt werden und steht
unter der Wirkung einer Feder 50.
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An ihrem dem Befestigungsende entgegengesetzten Ende tragen die Taster
8 und 9 (Fig. I) eingelassene Diamantkuppen 53 und 54, die zur Anlage am Werkstück
bestimmt sind. Die Anordnung ist so getroffen, daß die die Scheitelpunkte von 53
und 54 verbindende Gerade parallel zu den Achsen der beweglichen Elemente I und
2 ist.
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An den Platten des Kondensators Cm sind die biegsamen Leitungen 55
und 56 angeschlossen, die zu den abgeschirmten Leitern 57 und 58 führen.
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Der Leiter 57 ist mit der beweglichen Platte eines Ausgleichskondensators
Ca verbunden, deren andere Platte über die Klemme G an Masse liegt. Der Leiter 58
führt zur Klemme E. Die bewegliche Platte 7I des Ausgleichskondensators Ca kann
durch eine Schraube 72 verstellt werden, was durch eine Bedienung des Drehknopfes
73 geschehen kann.
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Die Schaltanordnung des Ausgleichskondensators Ca> dessen eine
Platte an Masse liegt, ist in Fig. 2 gezeigt.
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Die Arbeitsweise des Mikrometers ist wie folgt: Das Gerät wird in
senkrechte Lage, wie in Fig. I gezeigt, in der Nähe des in Bearbeitung befindlichen
Werkstückes, dessen Messung vorgenommen werden soll, gebracht. Hierauf werden die
beweglichen Elemente in ihre Ausgangsstellung unter Einwirkung auf die Hebel 43
und 44 durch Drehung des Handgriffes 69 gebracht. Sodann werden die Taster 8 und
9 längs der jeweiligen Führungen gleitend bewegt, was durch entsprechendes Aufschrauben
des Spannbolzens 51 und Ausüben eines Druckes auf den Druckknopf 52 gegen die Wirkung
der Feder 50 geschehen kann. Die Verbindung zwischen den beweglichen Elementen und
den Tastern geschieht längs von Flächen, die sowohl eine gleitende Bewegung der
Taster längs der beweglichen Elemente als auch ihr Festspannen auf oder ihre Ablösung
von denselben gestatten. Die feststehenden Zähne 48 und der bewegliche Zahn 49 verhindern
jede Drehung des Tasters gegenüber der Achse des beweglichen Elementes. Der bewegliche
Zahn 49 ermöglicht, wenn er durch den Druck der Feder 50 gegen die ebene Führung
46 angedrückt wird, ein spielfreies Gleiten des Tasters, während, wenn er gegen
die Führung durch den Spannbolzen 5I festgezogen wird, er den Taster fest mit dem
beweglichen Element verbindet. Durch Lockerschrauben des Spannbolzens 51 und durch
Druck auf die Feder 50 mittels des Druckknopfes 52 kann der bewegliche Zahn 49 von
der Führung entfernt werden, so daß der Taster abgenommen werden kann.
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Nun werden die Diamantkuppen 53 und 54 zur Anlage am Werkstück gebracht,
an dem die Vergleichsmessung gegenüber dem Grundwert Qo vorgenommen werden soll.
Zu diesem Zweck wird der Spannbolzen 15 eingeschraubt, und die Taster werden festgestellt,
worauf die beweglichen Elemente I und 2 von den Hebeln 43 und 44 frei gemacht werden.
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Da in der Grundeinstellung die Führungsfedern 3, 4, 5 und 6 weder
durchgebogen noch in anderer Weise belastet sind, fällt den Hilfsfedern 22 und I9,
deren Zug bei 23 und 20 regelbar ist, die Aufgabe zu, das Gewicht der beweglichen
Massen auszugleichen und den erforderlichen Andruck herbeizuführen, um den Kontakt
mit dem Werkstück aufrechtzuerhalten, wobei es, wenn diese auch einen verschieden
starken Zug ausüben müssen, vorteilhaft ist, wenn sie die gleiche Federkraft haben.
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Das den Gegenstand der Erfindung bildende Mikrometer ist, wie Fig.
I zeigt, mit einer elektrisch gesteuerten Vorrichtung zur schnellen Feststellung
der beweglichen Elemente I und 2 versehen. Diese Feststellung geschieht, wie bereits
erwähnt, durch Feststellen der Lamellen 24 und 28, die an den beweglichen Elementen
befestigt sind, an den gegenüberliegenden am Gehäuse befestigten Lamellen. Infolge
ihrer Elastizität werden durch die Feststellung die Führungsfedern der beweglichen
Elemente praktisch nicht beansprucht.
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Die Feststellung und die Aufhebung der Feststellung geht außerordentlich
rasch vor sich und erfordert nur eine Zeit in der Größenordnung einer Iiundertstelsekunde.
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Die vorangehend beschriebene Feststellvorrichtung gestattet ohne
Stöße zwischen Werkstück und Tastern die Durchführung von kontinuierlichen Messungen
auf in Bewegung befindlichen Flächen, auch wenn diese durch Bohrungen oder Aussparungen
u. dgl. unterbrochen sind, und von Messungen mit periodischen Unterbrechungen der
Berührung zwischen Werkstück und Tastern, die durch Relativbewegungen zwischen Werkstück
und Mikrometer bedingt sein können. Es wird auch möglich, Messungen auf in Bewegung
befindlichen Oberflächen auszuführen in der Weise, daß die Messung auf bestimmte
Punkte oder Zonen der Oberfläche begrenzt wird, oder die zuletzt angezeigte Messung
für eine unbegrenzte Zeit nach der Entnahme des Werkstückes aus dem Gerät aufrechtzuerhalten.
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Wie in Fig. I angedeutet, kann das Gerät in einem durch gestrichelte
Linien gezeichneten Gehäuse derart dichtend eingeschlossen sein, daß nur
die
beweglichen Elemente mit den Verbindungsflächen für die Taster und die -Taster selbst
außerhalb des Gehäuses liegen, wobei es zweckmäßig ist, diese Teile aus rostfreiem
Werkstoff herzustellen, so daß sie sich ohne Schaden außerhalb des Gehäuses befinden
können. Die frei liegenden Flächen sind leicht zugänglich und reinigung,sfähig,
besonders wenn die Taster abgenommen worden sind.
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Für die Durchführung der beweglichen Elemente durch die Abschlußflächen
sind elastische Membranen 59, óo, 6I und 62 vorgesehen, die diie Abdichtung aufrechterhalten,
was dadurch erleichtert wird, daß die beweglichen Elemente nur einen beschränkten
Hub haben.
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Das Schaltbild der elektrischen Einrichtung ist aus Fig. 4 ersichtlich.
Die Oszillatorröhre V, liefert eine Wechselspannung mit einer Frequenz von etwa
I MHz, deren Frequenz stabilität unwesentlich ist, während eine Stabilisation der
Amplitude durch Absorption einer gasgefüllten Spannungsregelröhre V6 erfolgt, die
direkt an die Spule des Schwingkreises angeschaltet ist.
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Mittels eines Koaxialkabels, dessen Kapazität in der Gesamtkapazität
des Schwingkreises eingeht, gelangt die Hochfrequenzspannung zu einem kapazitiven
Spannungsteiler, der aus dem Trimmerkondensator Cp und aus den Kondensatoren Cm
und Ca besteht. Die Wechselspannungen, die zwischen den Punkten G und ED bzw. E
und F auftreten, werden von den Dioden V2 und V3 gleichgerichtet und einander entgegengesetzt,
so daß zwischen den Punkten G und F eine Gleichspannung auftritt, die proportional
dem Unterschied zwischen den Wechselspannungen ist, welche durch das Koaxialkabel
a den durch die Trioden V4, V5 und V8, Vg gebildeten ausgeglichenen Verstärker übertragen
werden.
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Die Verwendung einer hohen Frequenz ist erforderlich, um trotz der
Kleinheit der Kapazitäten des Spannungsteilers (die in der Größenordnung von etwa
einigen zehn. Pikofarad sind) ausreichend niedrige kapazitive Widerstände zu erzielen,
so daß der Einfluß der Nebenschlußwiderstände und der inneren Widerstände der Gleichrichter
auf die Teilung der Wechselspannungen und auf die Gleichrichtung vernachlässigbar
sind.
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Das Koaxialkabel ermöglicht die räumliche Abtrennung der aus Spannungsteiler
und Gleichrichtern bestehenden Gruppe, die notwendigerweise in dem Gehäuse für die
mechanischen Elemente untergebracht werden müssen, von den übrigen Teilen der elektrischen
Einrichtung, um zu vermeiden, daß das Gehäuse einen zu großen Raum einnimmt und
die mechanischen Elemente der Einwirkung von Wärme ausgesetzt werden. Die Gleichrichtung,
die unmittelbar auf die Teilung der Wechselspannungen erfolgt, beseitigt jede Zweideutigkeit
des Vorzeichens des Spannungsunterschiedes und vermeidet, daß das Angleichen der
entgegengesetzt gerichteten Spannungen das gesonderte Ausgleichen der aktiven und
der reaktiven Komponenten erfordert.
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Das Anzeigeinstrument S ist ein Drehspulvoltmeter mit Nullpunkt in
der Mitte, wobei die gasgefüllte Spannungsregelröhre V7 dazu dient, eine Beschädigung
durch-übergroße Spannungen zu verhindern. Die gleiche Spannung, die auf das Instrument
wirkt, ist an den Klemmen H und K verfügbar und kann für von der Messung abhängige
selbsttätige Steuerungen verwendet werden, z. B. für die Steuerung von Arbeitsmaschinen
bei Messungen in der Maschine während des Betriebes oder für die Steuerung von Wähl-
und Klassifizierorganen bei Reihenkontrollen auf der Fertigungsstraße.
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Im ausgeglichenen Verstärker, der die Anzeige der Messung liefert,
ist ein Glied vorgesehen, dessen hohe Kapazität Cr (einige Mikrofarad) und hoher
Widerstand Rr (einige Megohm) bei geöffnetem Schalter- Sr eine hohe Zeitkonstante
(über 10 Sekunden) hereinbringen, wodurch sich eine beträchtliche Verzögerung in
der Anzeige der Messung ergibt. Wenn der Schalter Sr geschlossen ist, liegt der
Widerstand Rr in einem kurzgeschlossenen Kreis, in welchem Falle die Triode V8,
die in Kathodenfolgeschaltung als Verstärker mit Kathodenankopplung wirkt, trotzdem
sie für das Signal eine hoheEingangsimpedanz darstellt, einen ausreichend niedrigen
Ausgangswiderstand (einige tausend Ohm) liefert, so daß sie trotz des Vorhandenseins
der hohen Kapazität Cr die gesamte Zeitkonstante innerhalb einiger Hundertstelsekunden
aufweist.
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Die Trioden V9 und V4 dienen dazu, die gesamte Schaltung gegenüber
etwaigen Veränderungen der Speisespannungen ausgeglichen zu halten.
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Der Schalter ist in geeigneter Weise mit den periodischen Unterbrechungen
der Berührung der Taster am Werkstück synchronisiert.
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Bei dieser Anordnung ist es möglich, Messungen an in Bewegung befindlichen
mechanischen Teilen auszuführen, auch wenn eine periodische Unterbrechung der Berührung
zwischen Werkstück und Meßgerät stattfindet, ohne daß die angezeigte Messung diskontinuierlich
erscheint oder eine Abweichung von der Kontaktmessung auftritt. Dies wird dadurch
erreicht, daß man der Gesamtzeitkonstante der Stromkreise, die die Anzeige der Messung
liefern, wechselweise zwei Werte verleiht, von denen der eine einige tausend Male
größer ist als der andere, wobei dieser Wechsel so vorherbestimmt ist, daß die größere
Zeitkonstante unmittelbar vor der Berührungsunterbrechung in Wirkung tritt, während
die kleinere Zeitkonstante unmittelbar nach erneuter Berührung wirksam wird.