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Meßeinrichtung zur mechanisch selbsttätigen Mittelwertbildung der
Maße von Hohlkörpern
Es ist bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung
des Durchmessers eines Zylinders bekanntgeworden, bei welchen die Länge der Seite
eines dem Zylinder eingeschriebenen regulären Drei- oder Vielecks mittels eines
über radial verschiebbaren Tastarmen laufenden Schnurzuges gemessen und nach entsprechender
Übersetzung im Verhältnis der Seiten des Drei- oder Vielecks zum Durchmesser des
umschriebenen Kreises durch ein Zeigerwerk angezeigt wird. Hierbei wurden durch
gegenseitige Verdrehung zweier konzentrisch angeordneter Wellen Tastflügel verschoben,
die sich immer nur gleichzeitig und gleichmäßig bewegen konnten. Durch die Anwendung
eines regulären Vielecks war es nur dann möglich, den Durchmesser eines Hohlkörpers
zu bestimmen, wenn höchstens drei WIeßstellen bzw. drei Ecken eines Vielecks vorlagen
und sich außerdem die Einrichtung quer zu ihrer Längsrichtung verschieben ließ.
Ohne diese Möglichkeit würde bei einem unrunden Rohr nur eine einzige Meßstelle
zur Auswirkung kommen. Bei vier und mehr Meßstellen gibt es überhaupt keine INtöglichkeit,
mit einem regulären Polygon einen unrunden Körper zu vermessen.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Nachteile und Fehlerquellen
der bekannten Einrichtmlgen zu vermindern bzw. ganz zu beseitigen, eine iNlittelwertbildung
prinzipiell beliebig vieler Meßpunkte zu erzielen und dabei gleichzeitig die erforderliche
Meßzeit soweit als möglich herunterzu-
setzen. Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine iMeßeinrichtung zur mechanisch selbsttätigen
hlittelwertbildung der Maße von Hohlkörpern verwandt wird, die dadurch gekennzeichnet
ist, daß die einzelnen Meßgrößen, z.B.
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Innen- oder Außendurchmesser oder die Differenz zwischen beiden (Wandstärke),
von mehreren Me3-stellen des Werkstückes gleichzeitig über beweglich zueinander
verbundene, in einer zur Zylinderachse radial verlaufenden Ebene sich bewegende
und um einen gewissen Winkel aus dieser Ebene heraus gegeneinander schwenkbare Zugarme
auf ein Polygon übertragen werden, bei dem die Länge einer Seite bei ungeänderter
Länge der übrigen Seiten von jeder einzelnen Meßstelle abhängt und durch eine Übersetzung,
z. B. Schnur, Band, Zahnstange od. dgl.. auf einen Zeiger oder eine Auslöseeinrichtung,
z. 13. einen Kontaktarm, übertragen wird. Die Zahl der zur Mittelwertbildung herangezogenen
NIeßstellen hängt von der erforderlichen oder gewünschten Meßgenauigkeit ab. Vorteilhafterweise
werden drei bis sechs Meßstellen vorgesehen, wobei eine Querverschiebung des Tragkörpers
der SIeßeinriclltullg oder des Werkstückes nicht erforderlich ist, da jeder einzelne
Fühler unabhängig von den übrigen sich an den Meßkörper anlegt. Zur Messung des
mittleren Innendurchmessers werden z. 13. mehrere kreisförmig verteilte, in den
Ilohlkörper einschiebbare Tastarme vorgesehen, die vor dem Einschieben in den Hohlkörper
vorzugsweise zwangläufig zusammengedrückt und nach Einführung zum Spreitzen wieder
freigegeben werden. Dadurch wird verhindert, daß vorstehende Schmelzränder od. dgl.
sich dem Einführen der Tastarme hindernd in den Weg stellen. Natürlich ist für eine
genaue Messung Voraussetzung, daß die Tastarme überall richtig gegen die Wandung
des Hohlkörpers anliegen. Zu diesem Zweck stehen die Tastarme erfindungsgemäß unter
der Wirkung von Federn, die unmittelbar oder über radiale Arme einen radialen Zug
auf die Tastarme ausüben und diese dadurch gegen die Wandung des Hohlkörpers drükken.
Die radialen Arme werden erfindungsgemäß durch einen ebenfalls unter Federzug stehenden
geschlossenen Polygonzug zusammengehalten, dessen Längenänderung auf ein Anzeige-
oder Auslöseorgan übertragen wird. Immer dann also, wenn an einer Stelle der Hohlkörper
einen größeren oder kleineren Radius besitzt, wird der an diesem Punkt angreifende
radiale Zugarm weiter in radialer Richtung nach außen oder innen bewegt und ist
dadurch bestrebt, den Polygonzug ebenfalls zu verlängern oder zu verkürzen. Diese
Verlängerung oder Verkürzung wird auf ein Anzeige- oder Auslöseorgan übertragen.
Damit nun die einzelnen Meßstellen sich gegenseitig möglichst wenig beeinflussen,
sind die radialen Zugarme in der Umfangsrichtung um einen gewissen Winkel schwenkbar,
so daß sich ihre jeweilige Federkraft beim Schwenken nicht merkbar ändert. Die Übertragung
der Längenänderung des Polygonzuges auf ein Anzeige- oder Auslöseorgan erfolgt zweckmäßig
so, daß die Enden des Polygonzuges gemeinsam auf eine Welle aufgerollt sind, die
mit einem Zeiger oder einem Auslöse- bzw.
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Kontaktarm verbunden ist und unter der Wirkung einer Feder steht,
deren Enden bzw. mit den Enden verbundene Bänder, Schnüre od. dgl. ebenfalls auf
die erwähnten Wellen aufgewickelt sind und das Bestreben haben, bei ihrem Abrollen
die Polygonenden aufzurollen und umgekehrt. Der mit der Welle verbundene Zeiger
kann zugleich als Kontaktarm ausgebildet sein, der beim Ein- und Ausschieben der
Tastarme in axialer Richtung mit verschoben wird und sich dadurch beim Meßvorgang
zunächst frei in die richtige Drehstellung einstellt und in dieser Stellung beim
letzten Teil der axialen Bewegung an einen Gegenkontakt angedrückt wird. Vorzugsweise
wird eine Anzahl Gegenkontakte vorgesehen, die auf einer kreisbogenförmigen, nach
Toleranzen unterteilten Kontaktbahn liegen, und durch den jeweils betätigten Kontakt
wird eine entsprechende Sortiereinrichtung, z. B. eine Fallklappenanordnung betätigt,
so daß alle Werkstücke gleichen mittleren Durchmessers, nach Durchmessern geordnet,
gesammelt werden.
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Bekannt sind hseßvorrichtungen mit einer Kontaktvorrichtung zum Messen
der Dicke von Platten, die nach ihrer Dicke bedruckt werden sollen, wobei die einzelnen
Kontakte einer Kontaktbahn den einzelnen Dickenstufen entsprechen und die verschiedene
Bedruckung auslösen. Eine Mittelwertbildung aus mehreren unabhängig wirkenden Meßstellen
wird bei diesen Einrichtungen nicht erzielt. Es ist auch schon bekannt, bei Sortiereinrichtungen
senkrechte Kanäle mit Fallklappen vorzusehen und diese entsprechend den einzelnen
Meßwertbereichen zu steuern, um die Werkstücke in Gruppen getrennt zu sammeln.
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Im bekannten Fall waren aber lediglich Einzelkanäle für die einzelnen
Meßstufen vorgesehen, was einen ziemlichen Raumbedarf bedingt. Bei der erfindungsgemäßen
Einrichtung werden in einem gemeinsamen senkrechten Schacht Fallklappen einander
gegenüberliegend halbstufig versetzt.
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Die Kontaktanschlüsse sind in bezug auf ihre Zuordnung zu den Fallklappen
zweckmäßig so verteilt, daß benachbarte Kontakte an nicht benachbarte bzw. sich
gegenseitig nicht hemmende Fallklappen angeschlossen sind. Im anderen Fall könnte
es eintreten, daß der Kontaktarm zwei benachbarte Kontakte gleichzeitig berührt
und die abgefallenen Fallklappen sich verklemmen und nicht mehr selbsttätig zurückgestellt
würden.
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Handelt es sich um die Messung des mittleren Außendurchmessers, so
katm natürlich die Anordnung der Tastarme so erfolgen, daß diese in entsprechender
Weise von außen sich an den Umfang des Hohlkörpers anlegen.
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Die neue Einrichtung ermöglicht mit geringer Abwandlung auch eine
gleichzeitige Alessung des mittleren Innen- und Außendurchmessers bzw. der Differenz
beider, welche die Wandstärke ergibt. In diesem Fall wird für jede Meßstelle je
ein Innen-und ein Außentaster vorgesehen und der Außentaster in einem Gelenk am
Innentaster gelagert und dabei der Angriffspunkt der in diesem Fall nur am
Außentaster
angreifenden Zugarme genau über den Gelenkpunkt des Innentasters gelegt. Bei dieser
Ausführung hat die gleichzeitige Verschiebung des Innen- und Außentasters um ein
gleiches Maß praktisch keinen Einfluß auf das Meßergebnis. Sobald aber die beiden
Taster gegenseitig etwas geschwenkt werden, tritt eine Änderung der Länge des Polygon
zuges und damit ein Einfluß auf die Anzeige auf.
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Soll nicht die Wandstärlie. sondern der Materialquerschnitt gemessen
werden, so wird zweckmäßig der Angriffspunlit des Zugarmes zwischen dem Gelenkpunkt
des Innentasters und dem Drehpunkt des Äußentasters angeordnet. In diesem Fall wird
das .NIeßergebnis auch bei gleichzeitiger Verschiebung der Tastarme geändert, und
ist der Drehpunkt richtig gewählt. so ist das Meßergel)nis gerade dem Ouerschnitt
proportional.
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ISm ein ungehindertes Einführen der Tastarme in den zu messenden
1Iohlkörper sicherzustellen, ist es erforderlich, daß die Ifohllsörper der Tastvorrichtung
möglichst genau zentrisch gegenübergestellt werden. Um dies auf einfache und bequeme
Weise zu erzielen. wird eine Greifzange vorgesehen, die bei ihrer Betätigung beide
Arme gleichmäßig öffnet und schließt. Die Greifarme bilden dabei Teile von auf gleicher
Achse gelagerten Winkelhebeln, deren freie Arme mit weiteren Gelenkarmen ein Parallelogramm
bzw. Rhoml)us bilden, durch dessen Zusammendrücken oder Spreizen die Greifarme bewegt
werden. Zweckmäßig greift an dem der Schwenkachse der Greifarme gegenüberliegenden
Punkt des Geleukviereckes ein Hebelarm an, der unter der Wirkung einer Feder steht,
die bestrebt ist, die Greifarme zu schließen. Wird also nach Spreizen der Greifarme
ein Hohlkörper von diesen umfaßt, so wird er durch die unter Federwirkung erfolgende
Schließl)ewegung der Arme selbsttätig und stets genau zentrisch zu einem festen
Punkt gehalten, gleichgültig, wie das Maß des Durchmessers des l-iohlkörpers ist.
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Die Erfindung wird an Hand einiger Ausführungsbeispiele noch erläutert,
die in der Zeichnung dargestellt sind. Son diesen zeigt: Fig. I den Querschnitt
durch eine Meßeinrichtung zur .Niittelbildung des Innendurchmessers, Fig. 2 die
Stirnansicht der Tastarme, Fig. 3 den Polygonzug mit Zeigereinrichtung, Fig. 4 den
Querschnitt durch eine Meßeinrichtung zur i Alittelwertbildung der Wandstärke von
I-lohlliörpern, Fig. 5 das Schema der Kontaktanordnung, Fig. 6 das Schema der Fallklappensortiereinrichtung,
Fig. 7 die zentrische Greifzange.
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In Fig. I ist 1 1 ein Hohlkörper, dessen mittlerer fnnendurcbmesser
festgestellt werden soll. Dies erfolgt in dem gezeichneten Beispiel durch eine Anzahl
von Tastarmen 12 bis I7. an denen radiale Zugarme in bis 23 angreifen. Die äußeren
Enden der radialen Arme IS bis 23 werden durch einen Polygonzug 25 bis 29 zusammengehalten,
der durch zwei %zugbänder oder Schnüre 30, 3I geschlossen ist, die gemeinsam auf
eine Zeigerwelle 32 aufgewickelt werden können. Zur Verbindung der Arme und der
Polygonteile dienen kleine Plättchen 33, in welche die Arme und Polygonteile eingehängt
sind. In radialer Richtung nach außen greifen an den Plättchen 33 die Arme 34 von
Federn 35 an, spannen dadurch den Polygonzug und drücken die Tastfinger 36 der Tastarme
I2 bis I7 gegen die Innenwandung des Hohlkörpers 1 1.
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Die Tastarme I2 bis I7 sind an den Stellen 37 so weit in ihrer Materialstärke
geschwächt, daß sich hier ein federnder Gelenkpunkt bildet. Ihre hinteren Enden
können zu einem Ring 38 geschlossen sein bzw. mit diesem aus einem Stück bestehen
oder aber durch einen Zwischenring 39 zusammengehalten werden, an dem sie einzeln
befestigt sind. Mit den Tastarmen I2 bis 17 bilden ferner parallel zu ihnen verlaufende
Arme oder auch ein geschlossenes Rohr 40 eine bauliche Einheit. Dieses Rohr oder
die Arme dienen zur Befestigung der Federenden 41 der Federn 35. Die Befestigung
erfolgt zweckmäßig so, daß die Teile, z. B. I8, 34, 35, 4I, in der Umfangsrichtung
schwenkbar sind, ohne daß in ihnen merkbare zusätzliche Verwindungskräfte auftreten,
die das Meßergebnis stören könnten. An den Armen 12 bis 17 ist an je einem geeigneten
Zwischenpunkt42 eine Rolle 43 gelagert, die zweckmäßig durch den Teil 40 hilldurch
nach außen ragt. Diese Rolle wirkt mit einer festen Bahn 44 zusammen. Wird die Tasteinrichtung
durch eine nicht dargestellte Hebeleinrichtung in axialer Richtung nach rechts bewegt,
so rollt die Rolle auf die feste Bahn44 und wird dadurch in der Abbildung nach unten
gedrückt. Dadurch wird der obere Taster 17 etwas nach unten gedrückt und der untere,
z.B. I4, durch eine entsprechende Rolle nach oben bzw. alle Taster werden zentral
zusammengedrückt, so daß sie die Innenwandung des Rohres II freigeben und etwa in
die punktiert gezeichnete Lage I7' und r4' kommen.
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An einem der Arme, z. B. I7, ist ferner die Zeigerwelle 32 gelagert,
auf welche einerseits die beiden Zugglieder30, 3I und andererseits die Zugglieder
46, 47 der Feder 4S, 49 aufgewickelt sind. Die letztere Feder hat das Bestreben,
beim Abwickeln ihrer Zugorgane 46, 47 die Zugorgane 30, 31 des Polygonzuges aufzuwickeln.
Am Ende der Zeigerwelle 32 sitzt ein Kontaktanzeiger 50, dessen Kontakt 51 mit einem
festen Gegenkontakt 52 zusammenwirkt. Statt eines einzelnen Kontaktes 52 ist zweckmäßig
eine ganze Anzahl, z. B. 53 bis 59, (s. Fig. 5) vorgesehen, die auf einer Kreisbahn
liegen und von dem Kontakt 5 I bestrichen werden können. Jeder dieser Kontakte entspricht
einem bestimmten mittleren Innendurchmesser und ist einem der Relais I bis 7 zugeordnet,
die über eine Gleich- oder Wechselstromquelle 60 gespeist werden. Jedes dieser Relais
I bis 7 betätigt eine Fallklappe 6I bis 67, die sich z. B. in einem Schacht oder
Gehäuse 68 befinden. Wird der Hohlkörper von oben her in diesen Schacht eingeworfen,
so kann er je nachdem, welcher Kontakt berührt wurde und welche Fallklappe betätigt
wurde, durch diese aufgefangen, seitlich abgelenkt und in nicht näher dargestellter
Weise einer Sammelvorrichtung zugeführt werden. Damit sich bei gleich-
zeitiger
Berührung zweier Kontakte die Fallklappen nicht gegenseitig sperren können, ist
die Anordnung so getroffen, daß benachbarte Kontakte niemals Fallklappen zugeordnet
sind, die sich gegenseitig sperren können.
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Um die Hohlkörper stets genau zentrisch der Meßeinrichtung zuzuführen,
wurden sie in der Meßstellung durch eine Greifvorrichtung gehalten, die schematisch
in Fig. 7 dargestellt ist. Die Greifvorrichtung besteht aus den beiden Greifarmen
69 und 70, die bei 7I gelagert und je mit einem Hebelarm 72 bzw. 73 verbunden sind,
die Teile eines Gelenkviereckes bilden, das durch die Gelenkarme74 und 75 ergänzt
wird. An dem dem Drehpunkt 7I der Greifarme 69, 70 gegenüberliegenden Gelenkpunkt
76 greift ein Hebelarm 77 an, der unter der Wirkung einer Feder 78 steht, welche
bestrebt ist, über das Gelenkviereck die Greifarme 69, 70 stets geschlossen zu halten.
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Wird auf nicht dargestellte Weise von Hand oder maschinell der Arm
77 nach unten bewegt, so öffnet sich die Greifeinrichtung 69, 70, nimmt einen Hohlkörper,
z. B. II, auf und schließt sich nach Wiederloslassen um den Hohlkörper II und hält
diesen in der aus der Fig. I ersichtlichen Lage zentrisch zur Tasteinrichtung 12
bis I7. In diesem Augenblick ist die Tasteinrichtung noch in der gestrichelt dargestellten
Lage 14', 17'. Wird nun durch die nicht dargestellte von Hand oder maschinell betätigte
Hebelvorrichtung die Tastanordnung nach links bewegt, so gehen die Tastarme I2 bis
I7 in die in Fig. I gezeichnete Lage. Die Federn 35 ziehen die Tastfinger 36 sämtlicherTastarme
I2 bis I7 fest gegen die Innenwandung des Hohlkörpers 11 und bestimmen dadurch die
Länge des Polygonzuges 25 bis 29, 30, 31. Da diese Länge durch den Aufwickelzustand
der Zugmittel 30, 3I bestimmt ist, die wiederum die Zeigerachse 32 bewegen, so wird
der Zeiger 50 eine bestimmte Drehstellung einnehmen. Bei dem letzten Teil der axialen,
nach links gerichteten Bewegung der Tastarme befand sich der Zeiger 50 mit seinem
Kontakt 5I vor der Kontaktbahn 53 bis 59 und wird sich am Schluß der Bewegung, bei
der sich die Drehstellung des Zeigers nicht mehr ändern wird, auf einen der Kontakte
53 bis 59 einstellen und dadurch eines der Relais, z. B. wie in Fig. 5 gezeigt das
Relais 4, betätigen. Diesem Relais ist die Fallklappe 64 zugeordnet, die nun abfällt.
Wenn nun auf nicht dargestellte Weise der Hohlkörper II von der Greifervorrichtung
69, 70 wieder freigegeben und zu dem Schacht 68 geführt wird, so wird er von der
Klappe 64 aufgefangen und von ihr über eine nicht dargestellte Ablaufbahn der ihr
zugeordneten, in dem betrachteten Beispiel einem mittleren Normal durchmesser entsprechenden
Sammelvorrichtung zugeführt. Ist die Einordnung beendet, so gehen die Taster wieder
in ihre Ausgangsstellung zurück, wobei sie durch die Rolle 43, wie vorher erwähnt,
zusammengedrückt und dadurch frei nach außen bewegt werden.
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Eine Abwandlung der Meßvorrichtung, durch welche statt des Innendurchmessers
die Wandstärke gemessen wird, ist im Querschnitt in Fig. 4 dargestellt. Diese Einrichtung
besitzt wieder eine Anzahl Innentaster 79 sowie Außentaster 80, die bei 8I an den
Innentastern schwenkbar gelagert sind. An den Außentastern sind Rollen 82 gelagert,
die bei Bewegung der Tastarme nach rechts beim Auftreffen auf die feste Rollbahn
83 ein Abheben der Tastarme 80 von dem Hohlkörper II bewirken. Durch diese Betätigung
der Tastarme 8o drückt deren hinteres Ende mit dem Abstützansatz 84 auf die inneren
Tastarme 79 und bewirkt bei weiterer Rechtsbewegung, daß die inneren Arme zusammengedrückt
werden und sich dadurch nach innen ebenfalls von dem Hohlkörper II entfernen. Die
radialen Zugglieder I8 bis 23 greifen bei diesem Beispiel an den hintersten Enden
der äußeren Tastarme 8o an und versuchen, diese nach außen zu ziehen, so daß dadurch,
sobald die Rolle 82 sich von der Bahn 83 entfernt hat, die Tastarme 8o sich von
außen an den Hohlkörper 11 anlegen. Da durch das Abheben der Ansätze 84 auch die
inneren Arme 79 freigegeben sind, so legen sich diese von innen her an die Wandung
des Hohlkörpers II. Dies ist die in Fig. 4 dargestellte Lage. Dadurch hat auch in
diesem Fall der Polygonzug 25 bis 29, 30, 3I, wie er in Fig. 3 dargestellt ist,
eine genau bestimmte, der mittleren Differenz zwischen Innen- und Außendurchmesser
bzw. der Wandstärke entsprechende Länge, durch die auch die Drehstellung des Zeigerarmes
50 wieder festgelegt ist. Ist der Durchmesser des Hohlkörpers 1 1 größer als dargestellt,
so bewegen sich beide Tastarme 79, 80 nach außen. Da sie aber parallel und gleich
lang sind und der Angriffspunkt 85 der radialen ZugarmeI8 bis 23 genau über dem
Schwenkpunkt 37 der inneren Zugarme liegt, hat die Vergrößerung des Durchmessers
des Hohlkörpers 11 keinen merkbaren Einfluß auf das Meßergebnis. Ändert sich nur
der Innendurchmesser, so ist der Außentaster80 genötigt, um den Punkt relativ zum
Innentaster 79 eine Schwenkbewegung auszuführen, wodurch eine entsprechende Einwirkung
auf den Polygonzug und damit eine sinngemäße Änderung des Meßergebnisses bewirkt
wird.
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Versuche haben gezeigt, daß mit den neuen Einrichtungen eine äußerst
schnelle und sichere Messung großer Stückzahlen von Hohlkörpern erzielbar ist. So
ist es z. B. möglich, bei einem sechsarmigen Polygonzug fünf Hohlkörper in der Sekunde
in bezug auf die Wandstärke zu messen, wobei 5. 12 = 60 Einzelmessungen verwertet
werden. Bei den bisherigen Tast- oder Wiegeeinrichtungen würde hierfür ein Vielfaches
an Zeit aufgewendet werden und auch die Meßgenauigkeit geringer sein.