DE3241747A1

DE3241747A1 - Vorrichtung zum ermitteln der lage einer ausnehmung an einem groesseren werkstueck, insbesondere aus blech

Info

Publication number: DE3241747A1
Application number: DE19823241747
Authority: DE
Inventors: Gerhard 6686 Eppelborn Lauer; Alfred 6610 Lebach Morawietz; Jürgen 6601 Riegelsberg Wild
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-11-11
Filing date: 1982-11-11
Publication date: 1984-05-17
Also published as: SE8306010D0; ES275610U; BE898143A; SE8306010L; US4543726A; FR2536166A1; GB2129942A; JPS59100801A; ES275610Y; GB8329926D0

Description

. W. Bernhardt Kobenhüttenweg 43, 6600 Saarbrücken

Patentanwalt ^Telefon <⁰⁶⁸¹> ⁶⁵⁰⁰⁰

Gerhard Lauer, D-6686 Eppelborn Alfred Morawietz, D-6610 Leb ach Jürgen Wild, D-6601 Riegelsberg

Vorrichtung zum Ermitteln der Lage einer Ausnehmung an einem größeren Werkstück, insbesondere aus Blech

Die Erfindung befaßt sich mit dem Problem der Lageabweichung von Ausnehmungen, wie Bohrungen, an einem größerem Werkstück, die bei einer Montage von selbsttätigen Werkzeugen zur Herstellung von Verbindungen o.a. angesteuert werden sollen. Dieses Problem stellt sich vor allem an Blechteilen, da sich Blech nach der Verformung leicht verzieht. Es ist beispielsweise in einer Karosseriefertigung von großer Bedeutung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Ermitteln der Ist-Lage einer Ausnehmung, insbesondere einer Bohrung, an einem größeren Werkstück, insbesondere aus Blech, zu schaffen.

Gemäß der Erfindung ist ein Dorn, der sich von seinem Ende aus auf einen der Ausnehmung angepaßten Querschnitt verdickt, in oder nahe der Soll-Achse der Ausnehmung vorschiebbar gelagert in einer Halterung, die in einer Ebene senkrecht zur Soll-Achse der Ausnehmung zweidimensional beweglich gelagert ist, und Fühler zum Messen der Abweichung von der Soll-Achse in den beiden Dimensionen greifen an dem

- 5 -Dorn oder der Halterung an.

Die Vorrichtung baut auf der Voraussetzung auf, daß die Abweichung der Ausnehmung von ihrer Soll-Achse nicht größer als der halbe Durchmesser der Ausnehmung ist und daher ein in der Soll-Achse vorgeschobener Dorn mit einer

zwar abgerundeten, aber doch ausgeprägten Spitze immer in die Ausnehmung trifft. Der Dorn zieht dann bei seinem weiteren Vorschub infolge seines sich von der Spitze aus verdickenden Querschnitts sich selbst und seine in der Ebene senkrecht zur Soll-Achse bewegliche Halterung in die Ist-Achse der Ausnehmung, die er erreicht, wenn sein der Ausnehmung angepaßter Querschnitt die Ausnehmung erreicht. Die Fühler können nun Messen, wie weit der Dorn aus der vorher eingenommenen Soll-Achse heraus in die am Ende eingenommene Ist-Achse verschoben worden ist.

Zweckmäßig weist der Dorn im Anschluß an ein spitzes Ende einen Abschnitt von gleichbleibendem, der Ausnehmung angepaßtem Querschnitt und im Anschluß an diesen einen Anschlag auf. Der Dorn schiebt sich dann mit dem genannten Abschnitt bis zum Anschlag in die Ausnehmung hinein und die Messung wird genauer, als wenn er mit der Verdickung an der Ausnehmung steckenbleiben würde, vor allem im Falle einer Messung auch in der dritten Dimension, auf die unten noch eingegangen wird.

Vorzugsweise sitzt ein pneumatischer Vorschubantrieb für den Dorn unmittelbar an der Halterung. Andere Lösungen wären umständlicher.

Nach einer besonders vorteilhaften und zweckmäßigen konkreteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Dorn mit seinem Schaft einer Führung, vorzugsweise einer Hülse, vorschiebbar

gelagert, die senkrecht in einem Teller angeordnet ist, der in einer weiteren Führung in der genannten Ebene zweidimensional verschiebbar ist.

Die so geschaffene Halterung aus dem Teller und der in diesem sitzenden Führung bzw. Hülse ist stabil und kann auch stabil geführt werden.

Ihre Führung besteht in vorteilhafter Ausgestaltung aus zwei den Teller zwischen sich einschließenden, parallelen Oberflächen, vorzugsweise von Ringscheiben, und zwischen diesen Oberflächen und dem Teller angeordneten Kugeleinsätzen, vorzugsweise Kugelkränzen.
Diese Führung kann spielfrei und trotzdem leichtgängig sein.

Vorzugsweise ist eine der erwähnten Ringscheiben über eine flache Konus- oder Kugelfläche abgestützt, um damit parallel mit ihrer Gegen-Oberfläche justiert werden zu können.

Die Kugeleinsätze sind vorzugsweise in ihren Ebenen zwischen den genannten Oberflächen und dem Teller frei beweglich gegen eine leicht federnde Rückstelleinrichtung, beispielsweise aus drei oder mehr federnden Puffern.

Die freie Beweglichkeit der Kugeleinsätze sichert die Beweglichkeit des Tellers, d.h. der gesamten Halterung des Dornes, selbst bei einer Einspannung des Tellers zwischen den beiden Oberflächen unter einem leichten Druck. Die federnde Rückstelleinrichtung schließt aus, daß sich die Kugeleinsätze auf die Dauer etwa verrutschen und hält im übrigen die Halterung während des Dornvorschubs in der zentrierten Stellung auf der Soll-Achse der Ausnehmung gegen gewöhnliche Störeinflüsse fest.

Um die gesamte Halterung mit dem Dorn und ggf. dessen Vorschubantrieb nach der Verschiebung in die Ist-Lage

wieder in die Ausgangsstellung zurückzuholen, werden die Kräfte der vorerwähnten Rückstelleinrichtung für die Kugeleinsätze in aller Regel nicht reichen, da man sie mit Rücksicht auf die gewünschte leichte Verschiebbarkeit gering halten wird. Zum Zurückholen der Halterung wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß der Vorschubantrieb mit seiner Rückbewegung, zusammen mit einem Zentrierkonus für eine rückwärtige Kante des Dornes, zugleich Zentriereinrichtung für die genannte Halterung ist, in der Weise, daß er am Ende der Rückbewegung die Kante in den Zentrierkonus hineinzieht.

Die genannten Fühler wird man, vorzugsweise über Winkel— hebel, am Umfang des Tellers angreifen lassen. Der Umfang der Halterung ist dort am größten und die Krümmung des Umfangs dementsprechend so gering, daß sie sich bei den Verschiebungen auf die Messung praktisch nicht auswirkt. Der Angriff über die Winkelhebel erlaubt, die Fühler axial statt radial und damit weniger sperrig anzuordnen.

Soll die Abweichung der Ist-Lage der Ausnehmung von der Soll-Lage in allen drei Dimensionen gemessen werden, so erhält die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner einen Fühler, der die Abweichung von der Soll-Lage parallel zur Soll-Achse messend an dem Dorn angreift.

Hierfür wird als eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, daß der Fühler senkrecht zur Vorschubrichtung des Dornes an einem Konus angreift. Der Konus, der sich ohne Schwierigkeit z.B. hinter der Führung des Dornes am Schaft des Dornes einrichten läßt, übersetzt für einen an dem Konus angreifenden Fühler die Längsverschiebung des Dornes in eine Querverschiebung. Man wird dann wieder einen Winkelfühler einsetzen, um die eigentliche

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Länge des Fühlers in Axialrichtung sich erstrecken und damit weniger stören zu lassen. Der Umweg über den Konus hat aber den wesentlichen Vorteil, daß der Fühler nicht dem ganzen Vorschub des Dornes zu folgen braucht. Der Konus kann hinter einem zylindrischen Schaftabschnitt, über den beim Vorschub der Fühler ohne Ausschlag hinweggleitet, auf eine letzte Strecke des Vorschubs beschränkt werden, die sich im wesentlichen mit dem zu erfassenden Toleranzbereich deckt.

Die Zeichnungen geben ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wieder.

Fig. 1 zeigt einen axialen Schnitt durch eine Vorrichtung

zum Ermitteln der Lage einer Bohrung, Fig. 2 zeigt eine Ansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1 von unten.

Die Vorrichtung sitzt beispielsweise, .gegebenenfalls zusammen mit anderen gleichartigen Vorrichtungen oder solchen zum Ermitteln der Lage einer Kante o. dgl., an einem nicht gezeichneten Meßrahmen, der zum Beispiel im Verlauf der Montage eines Kraftfahrzeugs an eine Türöffnung gebracht wird, um diese im Hinblick auf die Befestigung und den späteren Sitz der Tür zu überprüfen.

Basisbauteil der Vorrichtung ist ein an dem Meßrahmen o.a. befestigtes Gehäuse 1 aus einem Grundkörper 2, einer ringförmigen Stirnwand 3 und einem mit einem Gewinde U in diese eingeschraubten Schlußring 5. Der Grundkörper 2 weist gegenüber dem Schlußring 5 einen Sitz 6 für eine Ringscheibe 7 auf. In Flucht mit dieser sitzt eine weitere Ringscheibe 8 mit einem flachen Konus 9 in einem Absatz 10 des Schlußringes 5. Die Ringscheiben 7 und 8 schliessen über zwei Kugelkränze 11 einen Teller 12 zwischen sich ein, durch

den sich senkrecht eine in einem mit ihm geformte Hülse 13 erstreckt. Die Abstützung der Ringscheibe 8 an dem Schlußring 5 über den in dem Absatz 10 sitzenden flachen Konus erlaubt eine genaue Paralleljustierung der Ringscheibe 8 zu der Ringscheibe 7·

Sternförmig an drei Stellen greifen am Umfang des Tellers und der Kugelkränze 11 jeweils zwei Puffer 14 und 15 an, die in Bohrungen 16 des Gehäuses 1 längsverschieblich geführt und über strichpunktiert angedeutete Druckfedern 17 gegen in das Gehäuse geschraubte flache Madenschrauben 18 abgestützt sind. Die Puffer 14 liegen in der Grundstellung zugleich an der Ringscheibe 7, die Puffer 15 an der Ringscheibe 8. Sie bilden somit eine Zentrierung für die Kugelkränze 11, aber auch für den Teller 12.

In der Hülse 13 ist längsverschieblich ein Dorn 19 geführt und mittels einer in eine Nut 20 seines zylindrischen Schaftes 21 greifenden Schraube 22 gesichert. Eine vorn am Schaft angesetzte Dornspitze 23 aus Hartmetall weist im Anschluß an ihr kegelförmiges Ende 24 einen zylindrischen Abschnitt 25 auf, dessen Durchmesser im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser der in ihrer Lage zu bestimmenden Bohrung ist, und hinter diesem nach einer Ringnut 26 eine Anschlagscheibe 27.

Ein hinter der Dornspitze von dem Dorn 19 auf den Schlußring 5 übergreifender Balg 28 verschließt eine in dem Schlußring 5 und der Ringscheibe 7 verbleibende ringförmige Öffnung 29 des Gehäuses.

Am anderen Ende ist der Dorn 19 mit einer Kolbenstange 30 eines pneumatischen Vorschubzylinders 32 verbunden, der an einem an der Hülse 13 befestigten Bügel 32 sitzt. Zwischen dem Vorschubzylinder 31 und dem Dorn 19 ist ein vom Grund-

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- ίο -

körper 2 des Gehäuses gehaltener Zentrierkonus 33 für das hintere Ende 34 des Doms 19 angeordnet, dessen kleinster Innendurchmesser im wesentlichen gleich dem Durchmesser des hinteren Endes 34 des Domes ist.

Vor dem Ende 34 ist der Schaft 21 des Dornes mit einem Konus 35 versehen, an dem ein in dem Bügel 32 über eine Buchse 36 gehaltener Winkel-Meßkopf 37 mit seinem Fühler anliegt.

Zwei weitere Meßfühler 39 greifen über Winkelhebel 40 im rechten Winkel zueinander die Lage des Tellers 12 an dessen Umfang ab.

Schließlich sind in Fig. 1 noch zwei angeschraubte Blechteile 41 und 42 des Gehäuses 1 zu erkennen und in Fig. 2 zwei miteinander gekoppelte Parallelogrammführungen 43, die den Bügel 32 und damit die gesamte Halterung des Dorns zweidimensional beweglich, aber drehfest mit dem Grundkörper 2 des Gehäuses verbinden.

Die Funktion der Vorrichtung ist anhand eines in Fig. 1 dargestellten Blechausschnitts mit einer Bohrung 44 verdeutlicht. Für diesen Zweck ist der Blechausschnitt in einer mit der Stellung der Vorrichtungsteile nicht übereinstimmenden Lage gezeichnet, nämlich in einer früheren Phase des weiter oben im ganzen schon erläuterten Dorn Vorschubs, während die Stellung des Dorns in seiner Halterung bereits zumindest annähernd als Endstellung gezeichnet ist.

In Bezug auf das Blech und den Dorn erkennt man, daß die Spitze des Dornes aussermittig in die Bohrung 44 ragt und bei weiterem Vorschub bald die linke Mantellinie des Kegels 24 an der Kante der Bohrung anstößt. Anschließend

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rutscht die Mantellinie an der Kante vorbei und der Kegel verschiebt sich nach rechts einschließlich des gesamten Dornes, der Hülse 13 mit dem Teller 12, des an der Hülse sitzenden Bügels 32 und des von diesem gehaltenen Vorschub— Zylinders 31- Dabei rollen die Zahnkränze 11 einerseits auf den Ringscheiben 7 und 8 und andererseits auf dem Teller ab, und zwar um die Hälfte des Weges, den der Teller 12 zurücklegt. Die in dem Schnitt der Zeichnung liegenden Puffer 14 und 15 bleiben in ihrer Stellung in Anlage an den Ringscheiben 7 und 8, die anderen, auf der anderen Seite der Achse liegenden Puffer werden durch den Teller zurückgedrückt. Ferner wird der im Schnitt der Zeichnung liegende Winkelhebel 40 von dem Teller 12 zurück gedrückt um das Maß der Außermittigkeit der Bohrung 44 gegenüber der Ausgangsstellung der Dornspitze. Der Meßfühler 39 mißt diese Abweichung. Im Normalfalle besteht außerdem eine Abweichung senkrecht zur Zeichenebene. Die an der Kante der Bohrung 44 anstoßende Mantellinie des Kegels 24 ist dann nicht, wie in der vorstehenden Betrachtung, die linke Begrenzung slinie des Kegels in der Zeichnung, sondern sie liegt in einem im Winkel zur vorliegenden Zeichnung verlaufenden Schnitt. Die Verschiebung des Dorns und des Tellers vollziehen sich dann jedoch in gleicher Weise. Die in die Zeichenebene fallende Komponente der Verschiebung wird von dem in der Zeichnung erscheinenden Meßfühler gemessen, die Komponente senkrecht zur Zeichen ebene von dem erwähnten anderen Meßfühler.

Der Vorschub des Dorns ist zu Ende, wenn die Anschlagscheibe 27 an dem Blech anstößt. Dann mißt der Winkel-Meßkopf 37 mit seinem Fühler 38 an dem Konus 35, wie in der Zeichnung dargestellt, die Vorschubstellung des Dornes bzw. deren Abweichung vom Soll-Wert.

Beim Zurückziehen des Domes trifft schließlich dessen rückwärtige Umfang skante auf den Zentrierkonus 33 und rutscht an diesem entlang, bis das zylindrische hintere Ende 34 des Domes mittig in dem Zentrierkonus sitzt. Dabei kehren auch der Teller 12 und die Kugelkränze 11 in ihre Ausgangslage zurück und ebenso die vorher von dem Teller vorschobenen, nicht in der Zeichenebene liegenden Puffer 14 und 15. Diese Puffer treffen kurz vor dem Wiedererreichen der Ausgangsstellung auf die Kugelkränze 31» wenn diese sich bei den beschriebenen Vorgängen etwas in der betreffenden Richtung verschoben haben sollten. Bei Verschiebung in anderer Richtung würden die Kugelkränze 11 mit den in der Zeichnung sichtbaren Puffern 14 und 15 zusammenstossen. Auf die Dauer und im ganzen halten so die Puffer die Kugelkränze in der gewünschten Stellung.

Zusammen mit der Lage der Bohrung 44 oder einer anderen Ausnehmung könnte auch die Lage einer in kleinem Abstand davon angeordneten weiteren Ausnehmung ermittelt werden mit Hilfe eines Domes, der mit zwei Spitzen zum Eingriff in die beiden Ausnehmungen versehen ist. Es könnte dann auch die eventuelle Verdrehung des Dornes durch Lageabweichungen der beiden Ausnehmungen gemessen werden.

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Claims

324 Ί . W. Bernhardt Kobenhüttenweg 43, 6600 Saarbrücken Patentanwalt Telefon (°681> 65000 -JS-Patentansprüche:

1. /Vorrichtung zum Ermitteln der Lage einer Ausnehmung,

insbesondere einer Bohrung (44), an einem größeren Werkstück, insbesondere aus Blech,
dadurch gekennzeichnet,

daß ein Dorn (19)»der sich von seinem Ende (24) aus auf einen der Ausnehmung (44) angepaßten Querschnitt (25) verdickt, in oder nahe der Soll-Achse der Ausnehmung (44) vorschiebbar gelagert ist in einer Halterung (12,13), die in einer Ebene senkrecht zur Soll-Achse der Ausnehmung (44) zweidimensional beweglich gelagert (7,8,11,12) ist, und daß Fühler (39,40) zum Messen der Abweichung von der Soll-Achse in den beiden Dimensionen an dem Dorn oder der Halterung (12,13) angreifen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Dorn (19) im Anschluß an ein spitzes Ende (24) einen Abschnitt (25) von gleichbleibendem, der Ausnehmung angepaßtem Querschnitt und im Anschluß an diesen einen Anschlag (27) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß ein, vorzugsweise pneumatischer, Vorschubantrieb (3D für den Dorn (19) an der Halterung (12,13) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß der Dorn (19) mit einem Schaft (21) in einer Führung, vorzugsweise einer Hülse (13), vorschiebbar gelagert ist, die senkrecht in einem Teller (12) angeordnet ist, der in

einer weiteren Führung (7,8,11) in der genannten Ebene zweidimensional verschiebbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,

daß die genannte weitere Führung (7,8,11) aus zwei den Teller (12) zwischen sich einschließenden parallelen Oberflächen (7; 8), vorzug sweise von Ringscheiben (7; 8), und zwischen diesen Oberflächen und dem Teller (12) angeordneten Kugeleinsätzen (11), vorzugsweise Kugelkränzen (11), besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,

daß eine Ringscheibe (8) zur Paralleljustierung der einen mit der anderen der beiden Oberflächen (7;8) über eine flache Konus(9)- oder Kugelfläche abgestützt (10) ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,

daß die Kugeleinsätze (11) in ihren Ebenen zwischen den genannten Oerflachen (7;8) und dem Teller (12) frei beweglich sind, vorzugsweise gegen eine federnde Rückstelleinrichtung (14-18), vorzugsweise aus drei oder mehr federnden Puffern (14; 15).

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet,

daß der Vorschubantrieb (31) mit seiner Rückbewegung, zusammen mit einem Zentrierkonus (33) für eine rückwärtige Kante (34) des Domes, zugleich Zentriereinrichtung für die genannte Halterung (12,13) ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8,

dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Fühler (39), vorzugsweise über Winkelhebel (40), am Umfang des Tellers (12) angreifen.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Halterung (12,13), vorzugsweise mittels einer doppelten Parallelogrammführung (43)» gegen Winkel Verdrehung gehalten ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ferner ein Fühler (37,38) zum Messen der Abweichung von der Soll-Lage parallel zur Soll-Achse an dem Dorn (19) angreift.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (37,38) senkrecht zur Vorschubrichtung des Domes (19) an einem Konus (35) des Domes (19) angreift.