DD277512A1

DD277512A1 - Verfahren zum relativen messen der innendurchmesser unterschiedlich grosser bohrungen eines werkstueckes oder eines werkstuecksortimentes

Info

Publication number: DD277512A1
Application number: DD32232088A
Authority: DD
Inventors: Christian Schwanenberg; Steffen Nestmann
Original assignee: Werkzeugmasch Forschzent
Priority date: 1988-11-29
Filing date: 1988-11-29
Publication date: 1990-04-04

Abstract

Das Verfahren zum relativen Messen der Innendurchmesser unterschiedlich grosser Bohrungen eines Werkstueckes oder eines Werkstuecksortimentes findet Anwendung beim messtechnischen Ueberwachen der spanabhebenden Bearbeitung von Bohrungen mit numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen. Das Messgeraet wird in die Werkzeugspindel einer solchen Maschine automatisch eingewechselt und arbeitet dem maschinenunabhaengigen Messsystem durch maschineninterne Schrittfolgen die Messwerte zu. Hierfuer faehrt das Messgeraet ein Einstellelement an, welches ein Einpunkt-Messelement radial im Messgeraet auf den zu messenden Bohrungsdurchmesser einstellt. Das Messgeraet faehrt daraufhin in ein Messnormal ein und das Messelement nimmt sich gegenueberliegende Soll-Messwerte eines Soll-Durchmessers des Messnormals ab, woraufhin das Messgeraet in die bearbeitete Bohrung einfaehrt und das Messelement sich gegenueberliegende Ist-Messwerte ihres Ist-Durchmessers abnimmt. Nunmehr kann in an sich bekannter Weise aus dem Vergleich von Soll- und Ist-Messwerten der Ist-Durchmesser der gemessenen Bohrung errechnet werden. Hat das Werkstueck mehrere auszumessende Durchmesser, ist auch das Messnormal mit einer entsprechenden Anzahl von Soll-Durchmessern versehen und die Schrittfolge wiederholt sich, bis der letzte Ist-Durchmesser aller bearbeiteten Bohrungen aus dem Vergleich wie angegeben errechnet ist.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist beim meßtechnischen Überwachen der spanabhebenden Bearbeitung von Bohrungen mit numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen anwendbar.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Die Durchmesserbestimmung einer Bohrung mittels Meßtaster, z.B. nach DE-OS 2927525, unter Nutzung der Positionierbewegung der Maschinenachsen und deren Wegmeßsysteme ist zwar universell, doch für die Qualitätsbearbeitung nicht ausreichend genau. Mit einem Meßtaster können zwar durch Parameteränderungen des NC-Meßprogrammes prinzipiell alle auf der Maschine gefertigten Bohrungen ausgemessen werden, durch Maschinenfehler und Werkstückverschmutzung bedingt, liegt die Meßunsicherheit jedoch zu hoch, so daß sein Einsatz nur für größere Toleranzen vertretbar ist. Der Einsatz von Prüfkalibern, z. B. nach DE-OS 3201977 zur Überwachung von Bohrungen gestattet zwar die Überwachung von Toleranzbreiten, es läßt sicii damit ab'ir nicht das absolute Maß der Abweichung feststellen, was bei der automatischen Fertigung die Voraussetzung für eine Bearbeitungskorrektur ist. Speziell entwickelte Bohrungsmeßgeräte, die taktil, pneumatisch oder induktiv den Durchmesser ermitteln und drahtlos übertragen, haben durch Einsatz maschinenunabhängiger Meßsysteme zwar eine hohe Meßgenauigkeit, verfügen jedoch über einen relativ kleinen Meßbereich. So ist z. B. ein Meßgerät bekannt, das im Werkzeugspeicher gelagert und zum Messen über den automatischen Werkzeugwechsel in die Maschinenspindel eingewechselt wird. Hierbei ist der Meßkopf, der die 3-Punkt-Meßelßinente trägt, von einer Kalibrierhülse umgeben, welche ein Meßnormal darstellt, das beim Einfahren der Meßelemente in. die zu messende Bohrung sich auf dem Meßkopf verschiebt und damit die Meßelemente freigibt. Diese sehr genaue Relativmessung orientiert sich an dem Meßnormal, das auf den zu messenden Durchmesser abgestimmt ist, und es wird dor Ist-Durchmesser der Bohrung aus dem Verhältnis der Bezugswerte errechnet, die zum einon aus dem Normal und zum anderen aus der Bohrung signalisiert werden. Der hiermit erfaßbare Meßbereich ist jedoch sehr kloin. Für die flexible automatische Fertigung besteht somit die Notwendigkeit, eine große Anzahl dieser Meßgeräte für alle im Toilosortiment auftretondon Durchmesser im Werkzeugspeicher unterzubringen, wodurch viele Werkzeugspeicherplätze durch Moßmittol blockiert wordon.

Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung, die Relativmessung mit von der Maschine unabhängigem Meßsystem für große Meßbereiche zu erschließen, um mit weniger Meßmitteln für ein Teilesortiment einer flexiblen Fertigung auszukommen und Werkzeugspeicherplätze freizubekommen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist, dem maschinenunabhängigen Meßsystem die Meßwerte durch eine maschineninterne Schrittfolge zuzuarbeiten.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das Meßgerät ein Einstellelement anfährt und dieses ein Einpunkt-Meßelement radial im Meßgerät auf den zu messenden Bohrungsdurchmesser einstellt, daß das Meßgerät in das Meßnormal einfährt und das Meßelement sich gegenüberliegende Soll-Meßwerte eines Soll-Durchmessers des Meßnormals abnimmt, daß das Meßgerät in die bearbeitete Bohrung einfährt und das Meßelement sich gegenüberliegende Ist-Meßwerte ihres Ist-Durchmessers abnimmt, daß in an sich bekannter Weise aus dem Vergleich von Soll- und Ist-Meßwerten der Ist-Durchmesser der gemessenen Bohrung errechnet wird und daß diese Schrittfolge an einem Werkstück mit mehreren Meßvorgängen wiederholt wird, bis der letzte Ist-Durchmesser aller bearbeiteten Bohrungen aus dz·,ι Vergleich ihrer Ist-Meßwerte mit den Soll-Meßwerten aller Soll-Durchmesser des einen Meßnormals errechnet ist. Hierbei verschiebt das Einstellelement das Einpunkt-Meßelement radial im Meßgerät. Die sich gegenüberliegenden Meßwerte werden entweder einmalig durch Abtasten der jeweiligen Bohrung auf Umschlag um 180° oder ständig durch Abtasten des gesamten Bohrungsumfanges um 360° abgenommen.

Indem bei diesem Verfahren das Meßgerät maschinenintern auf den Meßdurchmesser verstellt wird, benötigt es keinen eigenen Verstellantrieb und ist für den automatischen Werkzeugwechsel geeignet. Durch das Verstellen in der Maschine kann es bequem umgerüstet werden. Damit reduziert sich die Anzahl der Meßmittel, die für alle bei einer flexiblen Fertigung zu messenden Bohrungen benötigt werden, auf nur wenige mit großen Meßbereichen und für diese werden nur wenige Speicherplätze beansprucht, wodurch sich die Beanspruchung des Werkzeugspeichers durch Meßmittel sehr optimieren läßt.

Ausführungsbeispiel

Nachstehend wird das erfindungsgemäße Verfahren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: das Einstellen des Meßgerätes.

Fig. 2: das Meßgerät innerhalb eines Mehrfach-Meßnormals,

Fig. 3: das Signalisieren von Soll-Meßwerten,

Fig.4: das Signalisieren von Ist-Meßwerten.

in Fig. 1 ist der untere Teil eines Meßgerätes 1 dargestellt, dessen Meßkopf 1.1 eine Führungsbohrung 1.2 aufweist, die quer zur Achse des Meßgerätes 1 gerichtet ist und einen Meßschieber 2 aufnimmt, der mit einer Tastkugel 3 als Einpunkt-Meßelement versehen ist, dessen Meßprinzip auf einer Auslenkung des Meßkopfes 1.1 im Meßgerät 1 beruht, was nicht weiter dargestellt ist. Maschinenseitig ist ortsfest ein Einstellstößel 4 zum Verstellen des Meßschiebers 2 vorgesehen.

Fig.2 zeigt das Meßgerät 1, das in ein Mehrfach-Meßnormal 5 eingefahren ist, welches z.B. mit drei Soll-Bohrungen 5.1 bis 5.3 versehen ist.

In Fig. 3 ist zum Zwecke der Veranschaulichung in stark übertriebener Weise dargestellt, daß das Meßgerät 1 praktisch eine exzentrische Lage in der Soll-Bohrung, z. B. 5.2 des Meßnormals 5 einnimmt, und wie es auf Umschlag um 180° die beiden Soll-Signale Sm und S_N2 abnimmt, die auf Grund der Außermittigkeit unterschiedlich groß sein.

Das Meßgerät 1 wird auch, wie Fig. 4 zeigt, wegen der maschinenseitigen Abweichungen in die zu messende Werkstück-Bohrung 6 nicht genau mittig einfahren, sondern darin eine exzentrische Lage einnehmen, die zwangsläufig eine andere sein wird, als im Meßnormal 5 gemäß Fig.3. Auch hier ergeben sich beim Abnehmender Ist-Signale S_Bi und S_B2 unterschiedliche Größen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird wie folgt gehandhabt: Zum Messen wird das Meßgerät 1 in eine nicht dargestellte Werkzeufjspindel einer Werkzeugmaschine automatisch eingewechselt. Als erster Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen Meßverfahrens fährt die Werkzeugspindel das Meßgerät 1 in eine Position gemäß Fig. 1, in welcher die Führungsbohrung 1.2 des Meßkopfes i 1 mit dem Einstellstößel 4 fluchtet. Durch eine Relativbewegung zwischen Einstellstößel 4 und Meßgerät 1 wird der Meßschieber 2 in der Führungsbohrung 1.2 verschoben und so auf den nächsten zu messenden Bohrungsdurchmesser D₈ nämlich der Werkstück-Bo irung 6 gemäß Fig.4 eingestellt. Daraufhin verläßt das Meßgerät 1 den Einstellstößol 4 und fährt das Meßnormal 5 an. Dieses wird zweckmäßigerweise der Werkzeugmaschine auf derselben Palette mitgoliefer'., wolcho der Werkzougspindel das Werkstück zuführt. Da an dem zugoführten Werkstück angenommener Weise drei Bohrungen herzustellen sind, trägt die Palette ein Mehrfach-Meßnormal 5 mit drei Soll-Bohrungen 5.1-5.3, wovon die Soll-Bohrung 5.2 der Bohrung 6 entspricht, die demgemäß als nächster Verfahrensschrit! vom Meßgerät 1 angefahren wird. Beim Einfohi on in das Moßnormal 5 wird auf Grund von Positioniorfehlern eine Exzentrizität entstehen, z.B. nach Fig. 3. Gemessen wird auf Umschlag, d.h. dio Tastkugel 3 nimmt erst ein Signal S_n 1 ab, dann wird das Meßgerät um 180'gedreht, und die Tastkugol 3 nimmt das Signal Sn? ab, wie in Fig. 3 angezeigt. Daraufhin verläßt das Meßgerät 1 das Meßnormal 5 und fährt in die Bohrung 6dco Werkstückes oin. Dort nimmt die Tastkugel 3 erst das Signal S_Bi ab woraufhin das Meßgerät 1 um 180° gedreht wird und die Tastkugel 3 das Signal S₀₂ abnimmt.

Damit ist der Meßvorgang, der notwendig ist, um den Ist-Durchmesser Db der Bohrung 6 zu bestimmen, beendet. Gemäß dem Prinzipder Relativmessung kann nunmehr der Rechner in bekannter Weise die bei diesem Meßvorgang ermittelten Signale S_N); Sn2 aus dem Meßnormal 5 zu den aus der Bohrung 6 ermittelten Signaisn S_B,;S₈2 ins Verhältnis setzen. Der Ist-Durchmesser Db wird ermittelt, indem jeweils aus der Summe der Signale, nämlich aus S_N1 r S_N2bzw. S_Bi + S_B2 der Mittelwert M_n und M₈ gebildet wird, und es wird sich die Differenz Mn - M_B dieser Mittelwerte stcis wie die Differenz Rn - Rb der zugehörigen Radien verhalten, woraus der Ist-Durchmesser Db der Bohrung 6 errechenbar ist.

Diese Schrittfolgen werden für das Werkstück der betreffenden Palette wiederholt, bis alle Soll-Bohrungen, d. h. 5.1 bis 5.3 des beigegebenen Meßnormals 5 mit den Bohrungen des zugehörigen Werkstückes verglichen worden sind. Von diesen Bohrungen ist nur eine abgehandelt.

Innerhalb der beschriebenen Schrittfolgen kann auch so vorgegangen werden, daß nach dem Einfahren in das Meßnormal bzw. die Bohrung das Meßgerät 1 anschließend um 360° durchgedreht wird, wobei kontinuierlich Signale in Form von Sinuskurven abgenommen werden, welchen der Rechner sich gegenüberliegende Werte zur Bildung des jeweiligen Mittelwertes entnimmt.

Claims

1. Verfahren zum relativen Messen der Innendurchmesser unterschiedlich großer Bohrungen eines Werkstückes oder eines Werkstücksortimentes, das im automatischen Durchlauf auf numerisch gesteuerten Maschinen mit Werkzeugspeicherund automatischem Werkzeugwechsel bearbeitet wird, unter Verwendung eines in die Werkzeugspindel wechselbaren Meßgerätes sowie eines Meßnormals, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßgerät (1; 1.1) ein Einstellelement (4) anfährt und dieses ein Einpunkt-Meßelement (2; 3) radial im Meßgerät (1; 1.1) auf den zu messenden Bohrungsdurchmesser (D₈) einstellt, daß das Meßgerät (1,1.1) in das Meßnormal (5) einfährt und das Meßelement (2; 3) sich gegenüberliegende Soll-Meßwerte (Sn₁; Sn₂) eines Soll-Durchmessers (D_n) des Meßnormals (5) abnimmt, daß das Meßgerät (1; 1.1) in die bearbeitete Bohrung (6) einfährt und das Meßelement (2; 3) sirh gegenüberliegende Ist-Meßwerte (S_Bi; S₈₂) ihres Ist-Durchmessers (D_B) abnimmt, daß in an sich bekannter Weise aus dem Vergleich von SoII-(S_N1; Sn2) und Ist-Meßwerten (S_Bil S₈₂) der Ist-Durchmesser (D₈) der gemessenen Bohrung (z.B. 6) errechnet wird und daß diese Schrittfolge an einem Werkstück mit mehreren Meßvorgängen wiederholt wird, bis der letzte Ist-Durchmesser aller bearbeixeten Bohrungen aus dem Vergleich ihrer Ist-Meßwerte mit den Soll-Meßwerten aller Solldurchmesser des einen Meßnormals (5) errechnet ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstellelement (4) das Einpunkt-Meßelement (2; 3) im Meßgerät (1; 1.1) radial verschiebt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich gegenüberliegenden Meßwerte (Sni; S_N2; S₈ i; S_B2) einmalig durch Abtasten der jeweiligen Bohrung (z.B. 6) auf Umschlag um 180° abgenommen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sich gegenüberliegenden Meßwerte ständig durch Abtasten des gesamten Bohrungsumfanges um 360° abgenommen werden.

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