DE3201977C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen von Innenabmessungen elektrisch leitfähiger Werkstücke nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Die Erfindung geht von einer bekannten Vorrichtung (IT 9 31 737) aus, bei der die Meßtaster von einem Rohr geschützt sind. Die Meßvorrichtung ist an einer Platte oder einem Schlitten befestigt der an das Werkstück mit Hilfe eines hydraulischen Kolbens herangefahren wird. Die Platte oder der Schlitten kann gegen Federkraft ausweichen, wenn eine Störung zwi­ schen dem Kopf und dem Werkstück infolge eines Bearbei­ tungsmangels des Werkstückes oder einer ungenauen Posi­ tionierung des Werkstückes auftritt.

Wenn aufgrund einer Störung der Meßkopf mit dem Werkstück zusammenstößt, hält die Platte oder der Schlitten an, wäh­ rend der Kolben seinen Hub fortsetzt und die Feder der Rücklaufvorrichtung zusammendrückt.

Im Verlauf der Rücklaufbewegung wird der oder werden die Meßköpfe, welche das Werkstück berühren, gegen dieses mit einer Kraft gedrückt, die von der Elastizitätskonstante der Feder, ihrer Längenveränderung und der Trägheit der ange­ haltenen Massen abhängt, z.B. von der Masse der Meßvor­ richtungen, der Platte oder des Schlittens usw. Unter Normalbedingungen liegt die Größe dieser Kraft im Bereich von 10¹ kg.

Ein Nachteil der bekannten automatischen Maschinen mit Rücklaufvorrichtung liegt in dem Vorhandensein der Kraft die in der Rücklaufphase erzeugt wird und an die Meß­ köpfe übertragen wird. Besonders, wenn Löcher mit sehr kleinem Durchmesser zu messen sind, dann ist wegen des geringen verfügbaren Raumes die Dicke der Meßköpfe be­ sonders eingeschränkt, wodurch diese als Folge der auf­ grund der in der Rücklaufphase erzeugten Kraft bestehen­ den mechanischen Belastungen zerstört werden können. Da­ her müssen die beschädigten Meßvorrichtungen ersetzt werden. Dieser Ersatz ist sehr kostspielig sowohl im Hinblick auf die hohen Kosten der Meßvorrichtung als auch auf die Tod- und Ausfallzeiten.

Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, eine Meß­ vorrichtung zu schaffen, die die vorerwähnten Nachteile vermeidet, in dem die Größe der mechanischen Belastungen infolge von Störungen der Meßköpfe am Werkstück auf Werte verringert, bei denen die Meßvorrichtung nicht mehr beschädigt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird es vermieden, daß die empfindlichen Meßeinrichtungen beim Einfahren in die auszumessenden Boh­ rungen des Werkstückes nicht beschädigt werden. Die Kontakt­ gabe für die Sicherheitsschaltung erfolgt demnach durch das Schutzstück.

Zum Abtasten eines Werkstückprofils ist es auch bekannt (DE- OS 27 42 344), eine elektrisch isoliert angeordnete Sonde an eine Kleinspannung anzuschließen. Sobald die Sonde das Werk­ stück berührt, bricht die Spannung zusammen und der Antrieb wird umgesteuert, bis der Kontakt der Sonde am Werkstück un­ terbrochen wird, worauf die Sonde wieder Spannung erhält und eine erneute Umsteuerung erfolgt. Es ist auch bekannt (US-PS 42 03 691), eine elektrische Signalgabe beim Antasten eines Werkstückes vorzusehen, indem bei Kontakt zwischen der Werk­ zeugspitze und dem Werkstück ein Stromkreis geschlossen wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Vorderansicht der Vorrichtung,

Fig. 2 den Anschluß der Sicherheitsschaltung an die Vorrichtung und

Fig. 3 einen Schnitt durch das vordere Ende der Meßein­ richtung.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum Ausmessen der Bohrungen eines Werkstücks 2, die mit vier Beinen von denen nur die Beine 5 und 6 gezeigt sind, auf einem Bett oder Fundament 4 ruht.

Der Rahmen 3 weist einen waagerechten Tisch 7, einen senkrechten Fußständer 8 und eine am Tisch 7 und am Stän­ der 8 befestigte senkrechte Platte 9 auf. Am waagerechten Tisch 7 ist eine Platte 10 mit herkömmlichen Mitteln be­ festigt. Diese Befestigungsmittel, von denen 11 und 12 schematisch in Fig. 1 gezeigt sind, verbinden die Platte 10 mit dem Tisch 7, so daß mögliche Verformungen des Rah­ mens 3 nicht an die Platte 10 gelangen.

Die Platte 10 bildet eine waagerechte ebene Fläche 13, auf welcher eine Wand 14 des Werkstücks 2 ruht. Die­ ses weist Bohrungen 15-17 auf, deren Durch­ messer zu messen sind. Zwei an der Platte 10 befestigte Meß- oder Bezugsstifte 18 und 19 werden in die entspre­ chenden Bohrungen 20 und 21 der Wand 14 eingeführt und sichern die richtige Stellung und Positionierung des Werkstücks 2 auf der ebenen Fläche 13.

Die Durchmesser der Bohrungen 15-17 werden mit an einer Platte 25 befestigten bekannten elektronischen Meßeinrich­ tungen 22-24 gemessen, elektrisch über ein mehradriges Kabel 27 an ein Verstärkungs-, Ver­ arbeitungs-, Anzeige- und Steuergerät 26 angeschlossen sind.

Die Meßeinrichtung 22 weist ein hohles zylinderförmiges Gehäuse 28 auf, das mit der Platte 25 verschraubt ist. Am Körper oder Gehäuse 28 ist ein Schutzstück 29 mit Schrauben be­ festigt, die in Fig. 3 bei 30 und 31 angedeutet sind. Das Schutzstück 29 ist hohl und zum Gehäuse 28 koaxial angeordnet.

Im Gehäuse 28 und Schutzstück 29 sind zwei bewegliche Arme 32 und 33 angeordnet. Diese drehen sich um Drehpunkte 34, 35 die durch Befestigungsvorrichtungen 36 und 37 gebildet werden und die Arme 32, 33 mit dem Gehäuse 28 verbinden. Die Arme 32 und 33 tragen an ihren Enden Schäfte 38 und 39. An ihnen sind aus Industriediamanten gefertigte Meßraster 40 und 41 befestigt.

Auf der Gegenseite der Meßtaster 40 und 41, bezogen auf die Drehpunkte 34 und 35, sind zwei Elemente 42 und 43 eines induktiven Stellungsgebers, z.B. eines Differential­ transformators oder eines Gebers mit Topfkernen ausgeordnet.

Der Zweck des Schutzstücks 29 besteht darin, die Arme 32 und 33 sowie den Geber zu schützen.

Die Platte 25, an welcher die Meßeinrichtungen 22-24 befestigt sind, ist an einem Schlitten 44 (Fig. 1 und 2) mit Hilfe von Schrauben angebracht, deren geometrische Achsen mit dem Bezugszeichen 45 und 46 gekennzeichnet sind.

Der Schlitten 44 umfaßt ein Winkeleisen 47, das durch eine mit den beiden Schenkeln 49 und 50 des Winkeleisens 47 ver­ bundene Platte 48 verstärkt wird. Zwischen dem Schenkel 49 und der Platte 45 befindet sich eine dünne Schicht 51 aus Isolierstoff, beispielsweise Glimmer oder Kunststoff.

Auch die Schrau­ ben sind isoliert welche die Platte 25 am Schenkel 49 be­ festigen, so daß die Platte und die Meßeinrichtungen 22-24 gegenüber dem Schlitten 44 elektrisch isoliert sind.

Der Schlitten 44 weist auch Rollen 52 auf, die am Schen­ kel 50 angebracht sind und auf einer senkrechten am Ständer 8 angebrachten Schiene 53 abrollen.

Das Gewicht des Schlittens, der Platte 25, der Rollen 52 und der Meßeinrichtungen 22-24 wird durch ein Gegengewicht 54 ausgeglichen, das im Ständer 8 axial beweglich ist. Das Gegengewicht 54 ist mit dem Schlitten 44 mit einem Stahl­ drahtseil 79 verbunden, das über am Ständer 8 befestigte Riemenscheiben 55 und 56 läuft.

Ein Ende eines Rohrs 57 ist am Schenkel 50 befestigt, während das andere Ende teilweise durch einen Deckel 58 verschlossen ist, in dem ein Loch 59 koaxial zum Rohr 57 ausgeformt ist.

Ein Zylinder 61 einer hydraulischen Hebevorrichtung 60 ist an der Platte 9 befestigt, und ein Kolben 62 mit einem Schaft 63 ist axial durch das Loch 59 des Deckels 58 beweglich. Am Schaft 63 ist eine Platte 64 angebracht, die axial im Rohr 57 gleiten kann.

Eine im Rohr 57 angeordnete Feder 65 liegt zwischen der Platte 64 und dem Schenkel 50.

Der Hydraulikkreis zur Betäti­ gung der Hebevorrichtung 60 ist schematisch in Fig. 2 dargestellt. Dieser Hydraulikkreis enthält einen Ölbe­ hälter 66, Rohre 67-71 für den Öldurchsatz, eine Pumpe 72 zum Durchpumpen des Öls und einen Verteilerventil­ kasten 73. Dieser besitzt durch das Gerät 26 gesteuerte Magnetventile als Wegventile, so daß in bekannter Weise der Kolben 62 abwärts, oder aufwärts fährt oder in einer Zwischenstellung gehalten wird.

Die Vorrichtung weist eine elektrische Stromversorgung 74 auf, von der ein Pol über den Metallrahmen 3 an Masse ge­ führt ist, und der andere Pol auf einer Seite mit einer Spule 75 eines Überstromschutzrelais 76 verbunden ist. Die zweite Seite der Spule 75 ist elektrisch mit der Platte 25 verbunden.

Die Platte 25, das Gehäuse 28 und die Schutzstücke 29 bestehen aus Stahl bzw. in jedem Fall aus einem elektrisch leitenden Material, so daß die von der Stromversorgung 74 erzeugte Spannung an den einzel­ nen Schutzstücken der Meßeinrichtungen 22-24 anliegt.

Das zu messende Werkstück 2 und die Platte 10 be­ stehen aus elektrisch leitendem Material, wobei die Platte 10 durch einen Anschluß an den Metallrahmen 3 an Masse ge­ legt ist.

An den Verteilerventilkasten 73 kann der Pol einer elek­ trischen Stromversorgung 77 über einen Schalter 78 des Relais 76 angeschlossen werden. Der andere Pol der Strom­ versorgung 77 ist an Masse gelegt.

Die Vorrichtung arbeitet wie folgt. Ein Getriebekasten wird auf die Platte 10 gelegt und gegenüber dieser mit Hilfe eines automatischen nichtgezeigten Förderbandes positioniert. Jetzt steht der Kolben 62 in Kontakt mit der Oberwand des Zylinders 61, die Meßeinrichtungen 22-24 haben ihren maximalen Abstand von der Platte 10 und be­ rühren den Getriebekasten nicht. Nachdem dieser posi­ tioniert ist, betätigt das Förderband einen nicht gezeig­ ten Mikroschalter, der das Steuergerät 26 in Betrieb setzt.

Das Gerät 26 gibt über ein mehradriges Kabel 85 ein elek­ trisches Signal an den Verteilerventilkasten 73, der die Förderung des unter Druck stehenden Öls zum Rohr 69 steuert. Wegen des Öldruckes fährt der Kolben 62 abwärts, wobei die Feder 65 zusammengedrückt wird. Wenn die Elastizitätswir­ kung infolge der Längenveränderung der Feder größer wird als der Reibungswiderstand, den der Schlitten 44 überwin­ den muß, um auf den Rollen 52 zu gleiten, und der Rei­ bungswiderstand des gleitenden Seils 79 an den Riemen­ scheiben 55 und 56, beginnen der Schlitten 44 und die mit ihm verbundenen Meßeinrichtungen 22-24 abwärts zu fahren, wo­ bei sich die Länge der Feder 65 nicht mehr verändert.

Wenn der Getriebekasten richtig auf der Platte 10 posi­ tioniert ist, und wenn die Bohrungen 15-17 keinen über­ mäßigen Lage- und Durchmesserfehler gegenüber den Soll­ werten aufweisen, können die Schutzstücke 29 der Meßeinrichtungen 22-24 in die Bohrungen 15-17 ohne Störung zwischen den Oberflächen der Bohrungen 15-17 und den Schutzstücken 29 ein­ fahren. Die einzigen Elemente, welche die Oberfläche der Bohrungen 15-17 berühren, sind die Meßtaster 40 und 41. Wie bereits erwähnt, sind diese aus Industriediamanten gefertigt und daher nicht stromleitend, selbst wenn die Arme 32 und 33 unter Strom stehen, da sie mit den Gehäusen 28 verbunden sind, wobei der aus der elektrischen Stromversorgung 74, der Spule 75 der Platte 25, den Meßeinrichtungen 22-24, dem Werk­ stück 2 und der Platte 10 bestehende Stromkreis offen ist. Ist dies der Fall, so ist auch die Spule 75 nicht erregt, wobei der Schalter 78 unterbrochen ist. Da­ durch kann der Schlitten 44 seinen Hub solange fortsetzen, bis er die Meßeinrichtungen 22-24 in Meß­ stellung bringt, die durch die Anschläge 80 und 81 (Fig. 1 und 2) begrenzt ist. Die Anschläge 80 und 81 sind an der Platte 9 befestigt und gegenüber dieser isoliert.

Wenn die Platte 25 an den Anschlägen 80 und 81 anliegt, setzt der Kolben 62 seinen Hub fort, wodurch die Feder 65 weiter komprimiert wird, bis er das Ende des Zylinders 61 erreicht und anhält.

Die Kraft, welche die zusammengedrückte Feder 65 an den Schlitten 44 überträgt, besitzt einen vorgegebenen Wert, um einen stabilen und sicheren Kontakt der Platte 25 mit den Anschlägen 80 und 81 zu gewährleisten. Wenn die Platte 25 die Anschläge 80 und 81 berührt, betätigt sie einen Näherungsmikroschalter 82, der ein Meßgebersignal an das Gerät 26 abgibt. Dieser verarbeitet die Signale der Meßeinrichtungen 22-24. Diese Signale zeigen die Werte der Durchmesser der Bohrungen 15-17 an.

Nach der Messung der Durchmesser der Bohrungen 15-17 gibt das Gerät 26 ein Signal an den Verteilerventilkasten 73 ab, der die Förderung von Drucköl zum Rohr 70 steuert und damit auch das Abheben oder den Rücklauf des Schlittens 44 vom Getriebekasten. Jetzt kann dieser entfernt und durch einen anderen zu messenden ersetzt werden.

Es sei nun angenommen, daß eine der Bohrungen, beispiels­ weise die Bohrung 15 einen größeren Durchmesser als der des Schutzstücks 29 der Meßeinrichtung 22 aufweise und, daß die Achse dieser Bohrung 15 gegenüber ihrem Sollwert um mehr als die Hälfte der Differenz der beiden vorerwähnten Durchmesser ersetzt sei. Dadurch erfolgt an einem be­ stimmten Punkt der Annäherungsbewegung des Schlittens 44 zum Getriebekasten eine Berührung zwischen Schutzstück 29 und der Oberfläche der Bohrung 15. Diese Berührung erfolgt zunächst am schrägen oder kegel­ förmigen Ende 83 (Fig. 3) des Schutzstücks 29, das als Füh­ rung beim Einfahren in die zu messende Boh­ rung dient.

Die Berührung zwischen dem Schutzstück 29 und dem Werkstück 2 legt den Stromkreis an Masse, welcher die elek­ trische Stromversorgung 74 und die Spule 75 enthält. Der Strom läuft nun durch die Spule 75, welche das Schließen des Schalters 78 steuert, so daß die Spannung der Strom­ versorgung 77 am Verteilerventilkasten 73 anliegt und gleichzeitig das Schließen der Rohre 69 und 70 mit dem entsprechenden Anhalten des Kolbens 62 in einer Zwischen­ stellung seines Hubes auslöst.

Infolge der Trägheit des Schlittens 44, der Platte 25 und der Kaliberdorne 22-24 sowie wegen der Verzögerung zwi­ schen der Berührung des Meßkopfes 29 mit dem Getriebe­ kasten und des folgenden Anhaltens des Kolbens 62 ist der Schlitten 44 bestrebt, sein Hub in Richtung des Ge­ triebekastens fortzusetzen.

Wenn, wie es vorkommen kann, die Achse der Bohrung 15 ge­ genüber der Achse des Schutzstücks 29 um eine Größe versetzt ist, die etwas größer als die Hälfte der vorstehend erwähnten Differenz ist, dringt das durch den Kolben 62 gedrückte Schutzstück 29 wegen seines verjüngten Endes 83 teilweise in die Bohrung 15 ein und verformt sich dabei.

Die Größe der Verformung liegt jedoch innerhalb der elastischen Verformungsgrenze und daher nimmt das Schutzstück 29 nach dem Rückzug aus der Bohrung 15 wieder seine ursprüngliche Form ein, wobei die Meßeinrichtung 22 nicht beschädigt wird.

Eine falsche Positionierung des Werkstücks 2 ist wohl ein seltener Fall, so daß anstelle einer Bohrung ein fester Teil liegt oder, daß der Getriebekasten mindestens eine Bohrung 15-17 mit einem kleineren Durch­ messer aufweist als das Schutzstück 29. In diesen Fällen bewirkt ein Herabfahren des Schlittens 44 einen Aufprall und ein plötzliches Anhalten des Schlittens 44. Wegen dieses Aufpralls werden wie im vorstehend beschriebenen Fall der Schaltkreis mit der elektrischen Stromversorgung 74 und der Spule 75 und daher auch der Schalter 78 geschlossen, wobei der Kolben 62 an einer Zwischenstellung seines Hubes anhält. Da der Kolben 62 jetzt keine Kraft mehr aufbringt, welche be­ strebt ist, den Schlitten 44 weiter abzusenken, werden die Meßeinrichtungen 22-24 als Folge des Aufprallens des Meß­ kopfes auf den Getriebekasten nicht beschädigt.

Das Gerät 26 weist eine Drucktaste 84 (Fig. 1) auf, mit dem der Verteilerventilkasten 73 von Hand gesteuert wer­ den kann, um den Schlitten 44 vom Getriebekasten abzu­ heben und die Maschine wieder in einen normalen Betriebs­ zustand zu versetzen.

Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Maschine besteht in der Möglichkeit, Späne oder Grate in den zu messenden Boh­ rungen 15-17 zu erkennen. Die Grate oder Späne schließen den Kreis mit der elektrischen Stromversorgung 74 und der Spule 75 und bewirken damit ein Anhalten des Kolbens 62 und des Schlittens 44, weil die Schutzstücke 29 den Getriebe­ kasten berühren, wenn sie die Bohrungen 15-17 einfahren. Damit kann der Arbeiter an der Maschine 1 eingreifen und die Späne oder Grate entfernen.

Die Maschine eignet sich besonders zur Messung mechani­ scher Werkstücke vor der Endmontage, da sie außer der ge­ nauen Maßhaltigkeit dieser Werkstücke auch noch dafür sorgt, daß keine Späne oder Grate vorhanden sind, die die montierte Vorrichtung nachteilig beeinflussen können.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Maschine im Vergleich zu Innenmeßmaschinen mit mechanischem Rücklauf wird nachstehend näher erläutert. Bei den mit einer me­ chanischen Rücklaufvorrichtung versehenen Maschine ist es möglich, daß die Elemente zum Mes­ sen eines kleinen Durchmessers ziemlich biegsam sind, und daß eine geringe Störung zwischen dem Schutzstück und dem Werkstück genügend starke Kräfte freisetzt, welche das Schutzstück und andere Elemente ohne die entsprechende Betriebssetzung der Rücklaufvorrichtung zerstören oder Verformen (dies erfolgt auch aufgrund des Umstandes, daß häufig eine einzige mechanische Rücklaufvorrichtung für mehrere Meßeinrichtungen verwandt wird).

Es ist möglich, daß die Meßgenauigkeit für die ver­ schiedenen Durchmesser durch Verformungen nicht be­ einträchtigt wird, doch können diese Verformungen un­ annehmbar sein, wenn die Maßhaltigkeit gemessen werden muß, wie der Abstand zwischen verschiedenen Bohrungen des Werkstücks, das eine Verarbeitung der Signale von mehreren Meßeinrichtungen erforderlich macht. Diese Ver­ arbeitung beruht auf der Bedingung, daß die gegenseitigen Positionen der Meßeinrichtungen bekannt und konstant sind. Natürlich kann diese Bedingung im vorstehend beschrie­ benen Fall abgeändert werden, wobei die entsprechenden Meßergebnisse falsch wären. Diese Nachteile treten hier nicht auf, weil die Be­ rührung eines Meßkopfes mit dem zu messenden Werkstück ein Anhalten des Schlittens 44 auslöst, ehe dieser an den Anschlägen 80 und 81 anliegt, wobei der Mikroschal­ ter 82 keine Messungen ermöglicht.

Eine Variante besteht in der Betätigung des Schlittens 44 durch eine pneumatische anstelle einer hy­ draulischen Hebevorrichtung.

Eine zweite Variante besteht in der Ver­ wendung von elektrisch leitenden und elastischen Vor­ sprüngen, die an den Meßköpfen zum Abgreifen einer festen Fläche nahe einer Meßeinrichtung 22-24 angebracht sind.

Durch Berühren des Werkstücks 2 schließen diese Vor­ sprünge den Stromkreis mit der elektrischen Stromversor­ gung 74 und der Spule 75, worauf der Schlitten 44 anhält, ehe die Meßköpfe 29 mit dem Getriebekasten 2 in Berührung kommen. Daher bewirkt die Verzögerung beim Anhalten des Schlittens lediglich eine elastische Verformung der Vor­ sprünge, während die Schutzstücke dadurch nicht beeinflußt werden.

Nach einer weiteren Variante kann das Relais 76 mit dem Schalter 78 durch einen Transistor ersetzt werden.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum Messen von Innenabmessungen elek­ trisch leitfähiger Werkstücke, bei der ein mindestens eine Meßeinrichtung tragender Schlitten aus einer Ruhelage in eine Meßposition verschiebbar angetrieben ist, die Meßein­ richtung mit einem in eine Ausnehmung im Werk­ stück einfahrenden, Meßtaster umschließenden Schutzstück ver­ sehen ist und bei der eine elektrische auf Berührung mit dem Werkstück ansprechende Sicherheitsschaltung vorgesehen ist, um eine Beschädigung der Meßeinrichtung bei einem fehlerhaf­ ten Anfahren des Werkstückes zu verhindern, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei Berührung des Werkstückes (2) mit dem Schutzstück (29) die Sicherheitsschaltung (74-78) den Antrieb für den Schlitten (44) stillsetzt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die durch seitliche Öffnungen des Schutzstückes (29) austretenden Meßtaster (40, 41) elektrisch isoliert sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Schlitten (44) mit einem hydraulischen Zylinder angetrieben ist, der von einer elektrisch betätig­ ten Ventilanordnung ansteuerbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß zwischen dem Zylinderantrieb (60) und dem Schlitten (44) Federmittel (65) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Meßposition für den Schlitten (44) durch Anschläge (80, 81) bestimmt ist und in der Meßposition der Schlitten von der Feder (65) an die Anschläge gedrückt wird.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromkreis der Sicherheits­ schaltung bei Kontakt zwischen dem Schutzstück (29) und dem Werkstück (2) geschlossen wird.