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Vorrichtung zur Messung von Formabweichungen, insbesondere
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Geradheitsabweichungen von Werkstücken und Maschinenführungen
Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vtirrichtung zur Messung von Formabweichungen, insbesondere
Geradheitsabweichungen von Werkstücken und Maschinenfüirungen, wobei zwei zumindest
ungefähr zueinander parallele Meßlineale mit identischer Form der Prüfflächen vorge;;ehen
sind, und die Prüfflächen spiegelbildlich in bezug auf eine Referenzgerade liegen
und wobei ein Meßschlitten vorgesehen ist, der auf beiden Prüfflächen gleichzeitig
geführt ist, sodaß ein Punkt des Meßschlittens stets auf der Referenzgeraden liegt,
wie sie in der DE-OS 29 06 339 beschrieben ist.
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Geradheitsmessungen spielen im Maschinenbau und in der Fertigungstechnik
eine bedeutende Rolle. Als Beispiele seien die Geradheitsprüfung von Werkzeugmaschinentischen
und -führungen bei der Abnahmeprüfung oder die Pormgestaltprüfung von Mantellinien
von Kalanderwalzen genannt. Geradheitsmessungen gehören im Maschinenbau zu den schwierigen
Meßproblemen, da höchste Genauigkeiten in der Größenordnung von hundertstel bis
tausendstel Millimeter auf große Meßlängen im Bereich bis zu mehreren Metern gefordert
werden.
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Sämtliche von früher her bekannten Verfahren der Geradheitsmessung
beruhen darauf, daß der zu prüfende Gegenstand mit einem "Geradheitsnormal" verglichen
wird.
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Die Schwierigkeit besteht dabei in der Realisierung dieses Geradheitsnormals,
da von diesem gefordert wird, daß seine eigenen Geradheitsabweichungen wesentlich
kleiner sind als jene des Prüflings.
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Das Geradheitsnormal kann auf optischem oder mechanischem Wege realisiert
werden. Die optischen Geradheitsnormale, wie Pluchtfernrohr mit Kollimator oder
der sogenannte "Tooling-1aser" werden vorwiegend für große
Meßlängen
im Bereich von einigen Metern bis ca. 60 m verwendet. Für Meßlängen von ca. 500
mm bis 5 m kommt in der Praxis als Geradheitsnormal meist ein hochgenaues Flachlineal
aus Stahl zur Anwendung. Dieses stellt ein äußerst robustes und in der Handhabung
einfaches Meßnormal dar.
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Bei der Messung wird das Stahllineal beispielsweise auf zwei Unterstützungsklötzchen
aufgelegt und von einem Meßgerät abgetastet, welches in eine Meßvorrichtung eingespannt
ist und auf dem Prüfling entlanggeführt wird4 Die Meßmethode ist unproblematisch
und einfach in der Anwendung, es ist jedoch klar ersichtlich, daß die Geradheitsabveichungen
des Lineals selbst und dessen Durchbiegung unter dem Eigengewicht in das Meßergebnis
eingehen.
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Die zulässige Geradheitsabweichung von Stahllinealen ist für vier
Genauigkeitsgrade in DIN 874 vom August 1973 und im lppendix A der IS0-Empfehlung
R 230 vom Jahre 1961 genormt. Eine Kompensation der Geradheitsabweichungen des Lineals
ist nur durch Aufnahme einer Korrekturtabelle mit Hilfe eines noch genaueren Geradheitsnormals
und durch die Korrektur der Meßwerte anhand der Korrekturtabelle möglich.
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Aus der DD-PS 69 936 ist weiters eine Vorrichtung bekannt, welche
eine Kompensation von herstellungsbedingten Linealfehlern zum Ziel hat. Die in dieser
Druckschrift beschriebene Vorrichtung sieht hiezu ein Korrekturlineal vor, das starr
mit dem Meßlineal verbunden ist. Das Korrekturlineal wird eigens, und zwar mit einer
Überhöhung des Fehlers des Meßsignals hergestellt. Beide untereinander verbundenen
Lineale werden von Weggebern abgetastet und das elektrische Signal elektronisch
verarbeitet, um die herstellungsbedingten Geradheitsabweichungen zu kompensieren.
Eine Verringerung oder gar Kompensation der durch die Linealdurchbiegung hervorgerufenen
Geradheitsabweichuigen ist nicht möglich. Weiters muß bemerkt werden, da3 zur Herstellung
des Korrekturlineals zunächst die Geridheitsabweichungen des Meßlineals genau gemessen
werden müssen und ausgehend von dieser Messung das Korrekturlineal anzufertigen
ist. Auch wenn dieses Korrek-
turlineal eine Überhöhung der Fehler
des Meßlineals aufweist, ist eine Herstellung doch zumindest ebenso aufwendig wie
die des Lineals selbst.
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Gemäß der DE-OS 29 06 339 wird das Ziel verfolgt, eine automatische
Kompensation der Geradheitsabweichungen des Geradheitsnormals zu bewirken. Dieses
tiel wird dadurch erreicht, daß zwei zumindest ungefähr zueinander parallele Meßlineale
mit identischer Form cer Prüfflächen vorgesehen sind, wobei die Prüfflächen spiegelbildlich
in bezug auf eine Referenzgerade liegen und wobei ein Meßschlitten vorgesehen ist,
der auf beiden Prüfflächen gleichzeitig geführt ist, sodaß ein Punkt des Meßschlittens
stets auf der Referenzgeraden liegt. Wesentlich dabei ist die Herstellung zweier
Meßlineale mit genau identischen Geradheitsabweichungen. Dies ist durch gemeinsame
Bearbeitung und bei Beachtung technologischer Gegebenheiten ohne weiteres möglich.
Wenn nun die beiden Lineale parallel zueinander angeordnet werden, wobei die gemeinsam
bearbeiteten und somit identischen Prüfflächen spiegelbildlich in bezug auf eine
Referenzgerade liegen, so ist der geometrische Ort aller Abstands-Mittelpunkte theoretisch
eine ideale Gerade.
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Die Durchbiegung der Lineale unter ihrem Eigengewicht beeinflußt
nach wie vor das Meßergebalis. Diese Durchbiegung wird bei einer Ausführungsform
rEch der DE-OS 29 06 339 durch Aufbringen einer Streckenlast an einem der Lineale
in der Größe des doppelten Eigengewichtes des einzelnen Lineals und gegen die Schwerkraf
t gerichtet, vollständig kompensiert. Diese Ausführung ist relativ aufwendig.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Einfluß
der Schwerkraft, wenn auch nicht so vollständig, so doch auf eine einfachere nur
wenig aufwendige Art zu kompensieren.
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Gemäß der Erfindung ist eine überwiegende Kompensation, d.h. eine
praktisch ausreichende Verringerung der Durchbiegung beider Lineale erreicht, dadurch,
daß die Durchbiegung der an ihren Enden gelagerten beiden Meß-
lineale
infolge ihres Eigengewichtes durch Einwirken von Momenten an den Linealenden verringert
wird. Dadurch wirken die an den Linealenden eingeleiteten Momente der Wirkung der
Schwerkraft entgegen. In Ausgestaltunr der Erfindung können diese Momente durch
Anbringen von Hebeln und Gewichten an den Linealenden erzeugt werden. In weiterer
Ausgestaltung der Erfindung können die Momente auch durch Federn erzeugt werden,
welche auf an den Linealenden befestigte Hebel oder hebelartige Elemente einwirken.
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Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, Fig. 2 schematisch. die erreichte Biegelinie
bei der Vorrichtung nach Fig. 1 und Fig. 3 ein anderes Ausführungsbeispiel gemäß
der Erfindung.
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Bei der erfindungsgemäßen Ausführung nach Fig. 1 sind an den auf
Lagern 2 aufruhenden Enden der Lineale 1 Hebel 3 samt Gewichten 4 fest angebracht.
Auf diese Weise werden entsprechend den Pfeilen 4' Biegemomente auf die Lineale
1 übertragen. Zwischen den übereinanderliegenden Linealen 1 sind Distanzstücke 5
angeordnet; zwischen den Linealen 1 ist der in Längsrichtung der Lineale verschiebbare
Meßschlitten 6 auf den Prüfflächen 7 der Lineale 1 geführt, sodaß sich ein Element
an demselben stets auf der idealen Geraden 8 befindet.
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Der Meßschlitten stützt sich mit zwei Sührungselementen 9 gegen die
Lineale 1 ab. Das Zentrum dieses Meßschlittens wird durch ein Zentralkreuz 10 gebildet,
welches aus einem Vertikalarm 11 und einem Horizontalarm 12 besteht. Beide Arme
sind im Kreuzungspunkt fest miteinander verbunden. Am Vertikalarm 11 sind die als
Gleitschuhe ausgebildeten Führungselemente 9 längsverschieblich und drehbar angelenkt;
der Horizontalarm 12 führt zwei Gleitsteine 13 und 14. Zwischen den Gleitsteinen.13,
14 und den Gleitschuhen 9 sind vier Streben 15 in Form eines Scherenbügels angeordnet.
Das Zentralkreuz 10 bil-
det jenes Element des Meßschlittens, welches
auf der idealen Geraden 8 geführt wird und somit den ncfestlgungspunkt für ein längenmeßgerät,
etwa eine Meßuhr, bilaet.
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Die Fig. 2 veranschaulicht ds Prinzip der erfindungsgemäßen Kompensation
der Linealdurchbiegung. Bei einem Lineal ohne Kompensation der Durchbiegung ergibt
sich zufolge des Eigengewichtes eine Biegelinie wie sie im Prinzip in Fig. 2 oben
dargestellt und mit 16 bezeichnet ist. Darunter ist zum Vergleich die Biegelinie
17 dargestellt, welche sich durch die Aufbringung von Momenten gemäß der Erfindung
ergibt. Die Durchbiegung der Lineale kann hiebei bis auf ein zulässiges Ausmaß verringert
werden.
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Fig. 3 zeigt in Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Prinzips der
an den Enden der Lineale angreifenden Ausgleichsmomente,deren Erzeugung durch Druckfedern
18, welche Hebel 19 so gegenseitig verspannen, daß auf die Linealenden bezogen,
die gleiche Wirkung wie durch Hebel und Gewichte erzielt wird. Aus Gründen der Übersichtlichkeit
sind die Distanzstücke, welche analog zu Fig. 1 zwischen den Linealen angeordnet
sind, weggelassen. Ebenso ist auch der Meßschlitten zwischen den Linien nicht gezeichnet.
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