DE4022672A1 - Mehrstellenmessgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur gleichzeiti­ gen Bestimmung von mehreren Werkstückmaßen mit mehreren separaten Meßwertaufnehmern, die auf einer zur Werkstück­ längsachse parallelen Führung nebeneinander verschiebbar angeordnet und in gewünschten axialen Meßpositionen fi­ xierbar sind.

Solche Mehrstellenmeßgeräte werden zum Beispiel bei auto­ matischen Dreh-, Fräs- oder Schleifmaschinen eingesetzt, um gleichzeitig verschiedene Meßstellen eines Werkstückes auf Maßhaltigkeit zu überprüfen.

Dazu werden auf einer Welle parallel zur Werkstückachse mehrere C-förmige Bügelmeßlehren entsprechend den inter­ essierenden Werkstückmeßstellen axial und radial ausge­ richtet. Jede einzelne Bügelmeßlehre ist federnd gela­ gert, so daß sie mit ihrem feststehenden Schenkel in An­ lage an das Werkstück gelangt, während auf der gegen­ überliegenden Seite ein federbelasteter Meßwertaufnehmer den effektiven Wert der Meßlänge bestimmt.

Mit diesen bekannten Mehrstellenmeßgeräten lassen sich wegen des schnellen Prüfvorganges hohe Stückzahlen an geprüften Werkstücken erreichen.

Es erfordert jedoch einen erheblichen manuellen Aufwand, das Meßgerät für ein anderes Werkstück umzurüsten, da die Bügelmeßlehren manuell an die für ein neues Werkstück wechselnden Meßpositionen versetzt werden müssen. Außer­ dem sind die Meßbereiche der Bügelmeßlehren neu zu justieren.

Insbesondere im Zuge des verstärkten Einsatzes von NC- oder CNC-Maschinen mit dabei einhergehendem häufigen Wechsel des zu produzierenden Werkstückes bei entspre­ chend kleinen Losgrößen ergibt sich daraus ein überpro­ portional hoher Rüstzeitbedarf.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgemäß, eine Vorrichtung der oben genannten Art dahingehend zu verbes­ sern, daß sie sich mit weniger Zeitbedarf an ein neues zu vermessendes Werkstück anpassen läßt. Außerdem soll sich die erfindungsgemäße Lösung durch geringen Teileaufwand und günstige Herstellungskosten auszeichnen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Meßwertaufnehmer wahlweise mit einem numerisch gesteuer­ ten Antrieb verbindbar sind, durch den sie unabhängig von­ einander in ihre Meßposition verfahrbar sind.

Dies hat den Vorteil, daß die manuelle Verstellung ent­ fällt. Dadurch wird die Anlage auch unabhängiger von durch Bedienungspersonal bedingte Einstellfehler.

Der Rüstzeitbedarf wird gesenkt, da die Verstellung des Meßgerätes automatisch und vorprammierbar erfolgt. Hier­ durch eröffnet sich auch die Möglichkeit, das Gerät in einem Maschinenverbund einzusetzen.

Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß ein einziger An­ trieb für mehrere Meßwertaufnehmer genügt.

Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Verbindung zwischen Meßwertaufnehmern und numerischen Antrieb über ein axial verschiebbares Transportelement erfolgt. Dadurch lassen sich die Meßwertaufnehmer leicht wahlweise an- bzw. abkuppeln.

Damit die Meßwertaufnehmer ihre axiale Meßposition beibe­ halten, empfiehlt es sich, sie an ihrer Meßposition form- und/oder kraftschlüssig mit einem axial festgelegten Halteelement zu verbinden.

Dabei weist eine bevorzugte Ausführungsform der Meßwert­ aufnehmer einen Feststellmechanismus auf, der entweder an dem Transportelement oder an dem Halteelement angreift. Dadurch kann das Transportelement in einfacher Weise freigestellt werden, sobald der Meßwertaufnehmer seine Sollposition erreicht hat. Außerdem wird verhindert, daß sich die Meßanordnung verklemmt aufgrund von auftretenden Verspannungen zwischen Transportelement und Halteelement.

Aus gleichem Grunde ist es vorteilhaft, die Lagerung der Meßwertaufnehmer an dem Transportelement und an dem Hal­ teelement mit Spiel quer zur Transportrichtung vorzuse­ hen, wobei dieses Spiel durch den Feststellmechanismus wahlweise eliminierbar ist.

Um eine besonders betriebssichere Ausführungsform zu er­ halten, kann der Feststellmechanismus in den Meßwertauf­ nehmern integrierte Stempel aufweisen, die hydraulisch oder pneumatisch an das Transportelement oder an das Halteelement anpreßbar sind.

Dabei ist es günstig, das Transportelement als Schlitten auszubilden, auf dem mehrere Meßwertaufnehmer magazinier­ bar sind, zweckmäßigerweise alle. So wird erreicht, daß die Rüstzeit für ein neues, zu vermessendes Werkstück auf ein Minimum reduziert werden kann.

Um eine besonders kompakte Ausführungsform zu erhalten, kann der Schlitten an dem in diesem Fall als Führung fun­ gierenden Halteelement gelagert sein.

Dabei kann die Führung eine insbesondere trapezförmige Außenkontur aufweisen, die von konformen Ausnehmungen der Meßwertaufnehmer umgriffen wird.

Um den technischen Aufwand niedrig zu halten, können die integrierten Stempel durch doppelt wirkende Kolben ein- oder ausgefahren werden. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Stempel beim Ausfahren mit ihrer einen Seite mit dem Führungselement und beim Einfahren mit ihrer Rückseite mit dem Transportelement in Wirkverbindung gebracht wer­ den. So ist ein schnelles, unverzögertes Umspannen des Meßwertaufnehmers vom Führungselement auf das Transport­ element und umgekehrt gewährleistet.

Im allgemeinen müssen die Meßwertaufnehmer nicht nur in Axialrichtung sondern auch in Radialrichtung an neue, zu vermessende Werkstücke angepaßt werden. Dabei ist zu be­ achten, daß der Meßbereich des Meßwertaufnehmers und der Bereich, in dem sich die zu vermessende Werkstückoberflä­ che befindet, in Einklang gebracht werden. Dazu werden die Meßwertaufnehmer mittels eines Meisterstückes auf ihr Nullniveau einjustiert. Dies erfolgt zweckmäßig mit einem Hydraulik- oder Pneumatikkolben, mit dem ein Meßtaster automatisch in die gewünschte Radialposition verfahren wird.

Dabei kann der Meßwertaufnehmer seine Position beibehal­ ten, wenn der Meßtaster in einem Gestell geführt und über Koppelglieder, die ihrerseits mit dem Meßtaster ver­ schiebbar sind, mit einem handelsüblichen Wegaufnehmer in Verbindung steht.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind dabei die Kop­ pelglieder über eine hydraulisch oder pneumatisch betä­ tigte Klemmvorrichtung, insbesondere Konusklemmen, mit dem Meßtaster verklemmbar, so daß dieser nach Erreichen seiner Sollposition wieder in Wirkverbindung mit seinem Wegaufnehmer gelangt. Um diese Verbindung auch unter un­ günstigen Bedingungen zu gewährleisten, können die Kop­ pelglieder durch Federkraft in Richtung auf den Wegauf­ nehmer belastet sein.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Koppelglieder auch in entkoppelter Stellung reibschlüssig mit dem Meßtaster in Verbindung bleiben und bei dessen Axialverstellung durch Anschläge in ihrem Weg begrenzt werden und sich beim Wiederankoppeln um eine Strecke von dem Anschlag entfer­ nen, die auf das zulässige Untermaß des zu messenden Werkstückes abgestimmt ist.

Um einen leichten Werkstückwechsel zu ermöglichen, können die Meßtaster vom vermessenen Werkstück abgehoben und zu­ rückgefahren werden, woraus beim Werkstückwechsel eine einfachere Handhabung resultiert. Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung. Dabei zeigt

Fig. 1 die Frontansicht eines erfindungsgemäßen Mehr­ stellenmeßgerätes,

Fig. 2 die Seitenansicht eines Mehrstellenmeßgerätes nach Fig. 1 (geschnitten entlang der Linie II-II),

Fig. 3a, 3b Prinzipskizzen des Magazinierens und Konfigu­ rierens mit Durchmessertastern,

Fig. 4a, 4b Funktionsskizzen des Magazinierens und Konfi­ gurierens mit Längentastern,

Fig. 5 ein Schnitt durch die Umspannvorrichtung eines Meßwertaufnehmers,

Fig. 6 die Schnittzeichnung durch einen Durchmesserta­ ster.

Die Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Mehrstellenmeßge­ rät. Es besteht aus seitlichen Gestellen 1, die durch als Führung dienende Querträger 2 verbunden sind. Seitlich ist an eines der Gestelle eine Antriebseinheit 3 mon­ tiert. Diese ist zweckmäßig ein frei programmierbares Po­ sitioniersystem. Mit dieser Antriebseinheit werden bei­ spielsweise über Spindelgetriebe mehrere Schlitten 4 ent­ lang der Führungen 2 verfahren.

Mit den Schlitten 4 werden Meßwertaufnehmer 5 entlang der Führungen 2 axial positioniert. Mit diesen Meßwertaufneh­ mern werden die Maße eines Werkstückes 6 bestimmt, das auf Prismen 7 auf einer Führung 2a innerhalb des Mehr­ stellenmeßgerätes liegt.

Um unterschiedliche Werkstückdurchmesserbereiche ausglei­ chen zu können, sind die Führungen 2 im Gestell 1 ver­ fahrbar. Zu diesem Zweck können aber auch andere Prismen 7 montiert werden oder die Führung 2a wird verfahren.

Im Ausführungsbeispiel sind zwei Schlitten zur Durchmes­ serbestimmung am Werkstück diametral gegenüber angeord­ net, während ein dritter Schlitten zur Bestimmung axialer Werkstücklängen eingesetzt wird. Dabei unterscheiden sich Meßwertaufnehmer für die Längenmessung (Fig. 4a, 4b) von denen für die Durchmessermessung (Fig. 3a, 3b) im wesent­ lichen nur durch einen Vorsatz 8 mit einem Kipphebel 9, durch den axiale Meßwerte in radial zu messende Werte umgesetzt werden.

Die Fig. 3a, 3b und 4a, 4b zeigen das Prinzip, nach dem die Meßwertaufnehmer 5 entlang der Führungen 2 versetzt werden: Zu Beginn des Vorganges (Fig. 3a/Fig. 4a) sind alle Meßwertaufnehmer 5 auf dem Schlitten 4 magaziniert. Der Schlitten 4 verfährt nun entlang seiner Führung 2 und dabei werden die Meßwertaufnehmer 5 entsprechend zu ver­ messenden Stellen des Werkstückes 6 abgesetzt, wie in den Fig. 3b und 4b dargestellt ist.

Den Vorgang des Positionierens der Meßwertaufnehmer 5 mittels eines Schlitten 4 kann der Fig. 5 entnommen werden. Man erkennt, daß der Schlitten 4 in einer Nut 10 der Führung 2 entlang einer zur Zeichenebene senkrechten Richtung verfahrbar ist. Der die Nut überragende Teil des Schlittens hat einen im wesentlichen T-förmigen Quer­ schnitt, wobei in die Unterseiten der seitlich auskragen­ den Partien nach außen offene Taschen 11 eingeformt sind, in die Stempel 12 einfahren, was im rechten Teil der Fig. 5 dargestellt ist. Die Stempel 12 sind in einem Tragele­ ment 13 angeordnet, das ein Bestandteil des Meßwertauf­ nehmers 5 ist. Durch sie wird der Meßwertaufnehmer 5, von dem nur das Tragelement 13 dargestellt ist, fest an den Schlitten 4 herangezogen, wodurch sich gleichzeitig zwi­ schen den Tragelement 13 und der Führung 2 ein lichter Spalt 14 öffnet, so daß kein direkter Kontakt zwischen Tragelement 13 und Führung 2 mehr vorhanden ist. Mit dem Schlitten 4 kann der Meßwertaufnehmer jetzt verfahren werden.

An der axialen Sollposition des Meßwertaufnehmers 5 wird die Steuerleitung 15 mit Druck beaufschlagt, wodurch sich der Kolben 16 nach unten bewegt. Dabei kommt der Stempel 12 außer Eingriff mit den Taschen 11 am Schlitten 4 und drückt mit seiner Vorderseite auf die Oberfläche der Füh­ rung 2. Bei weiter steigendem Druck wird das Tragelement 13 des Meßwertaufnehmers 5 angehoben, wodurch sich der Spalt 14 zwischen Tragelement 13 und Führung 2 schließt und gleichzeitig ein Spalt 17 geöffnet wird zwischen dem Tragelement 13 des Meßwertaufnehmers 5 und dem Schlitten 4. (Dies ist im linken Teil der Fig. 5 dargestellt.) Der Schlitten 4 kann jetzt ungehindert unter dem Tragelement 13 herausgefahren werden, wobei der Meßwertaufnehmer 5 über sein Tragelement 13 starr mit der Führung 2 verbun­ den bleibt.

Dieser Vorgang wiederholt sich bis alle Meßwertaufnehmer 5 ihre Sollposition erreicht haben. Dabei erfolgt das Positionieren für alle drei Schlitten gleichzeitig.

Bei einem späteren Umsetzen eines Meßwertaufnehmers 5 - etwa aufgrund eines Werkstückwechsels - fährt der Schlit­ ten 4 wieder unter das jeweilige Tragelement 13, dann wird die Steuerleitung 18 mit Druck beaufschlagt, wodurch der doppelt wirkende Kolben 16 wieder nach oben gefahren wird. Dabei hebt dieser auch den Stempel 12 wieder an, so daß dieser wieder in die Tasche 11 einfährt, dabei wird der Spalt 17 unter gleichzeitiger Öffnung des Spaltes 14 geschlossen, so daß dann der Meßwertaufnehmer 5 wieder fest auf dem Schlitten 4 sitzt und entlang der Führung 2 in seine neue Meßposition frei verfahren werden kann.

Es ist auch möglich, die Kolben 16 jeweils über eigene Steuerleitungen so mit Druck zu beaufschlagen, daß sie nacheinander ausfahrbar sind, wodurch erreicht wird, daß das Tragelement 13 immer fest entweder mit der Führung 2 oder mit dem Schlitten 4 verbunden ist, was während der Phase des Umsetzens eine höhere Stabilität zur Folge hat.

In Fig. 6 ist nicht wie in Fig. 5 nur das Tragelement 13 dargestellt sondern der gesamte Meßwertaufnehmer 5. Die­ ser weist neben einem handelsüblichen Wegaufnehmer 19 einen parallel zu diesem liegenden Meßtaster 20 auf, der in einem Gestell 28 verschiebbar gelagert ist. Er steht durch einen Koppelmechanismus mit dem Wegaufnehmer 19 in Verbindung. Der Grundkörper 21 dieses Koppelmechanismus enthält einen hydraulisch oder pneumatisch betätigten Steuerschieber 22. Über die Steueranschlüsse 23 und 24 kann mit diesem Steuerschieber die Klemmverbindung 27 des Meßtasters 20 mit dem Grundkörper 21 ver- oder entriegelt werden. Im entriegelten Zustand wird dann der Meßtaster 20 über seinen Kolbenteil 25 nach vorn geschoben, bis der Meßtaster mit seiner Spitze 26 an einem in der Zeichnung nicht dargestellten Meisterstück anliegt. Dabei wird der Grundkörper 21 aufgrund der herrschenden Reibung in An­ schlag mit dem Gestell 28 gebracht (in Fig. 6 rechts).

Danach wird der Grundkörper 21 durch Einfahren des Steu­ erschiebers 22 über die Klemmverbindung 27, die aus ge­ geneinander verfahrbaren, konischen Klemmkörpern besteht, wieder fest und starr mit dem Meßtaster 20 verbunden.

Da hierbei der Meßtaster durch Druck auf seinen Kolben 25 in konstanter Position am Meisterstück gehalten wird, hebt sich der Grundkörper 21 vom (rechten) Anschlag und fährt etwa 2 mm zurück (in Fig. 6 also nach links). In dieser Position - Meßtaster 20 am Meisterstück und Grund­ körper 21 über Klemmkörper 27 mit ihm verbunden - wird der Wegaufnehmer 19 auf seinen Meßnullpunkt kalibriert.

Durch die 2 mm Spiel bis zum Anschlag können auch Werk­ stücke vermessen werden, die gegenüber dem Meisterstück ein Untermaß von mehr als 1 mm aufweisen. Und zwar wird bei einer Auslenkung des Meßtasters 20 durch dessen star­ re Verbindung mit dem Grundkörper 21 dieser um den glei­ chen Betrag verschoben und lenkt dabei gleichzeitig über einen federbelasteten Sicherheitsstift 29 den Wegaufneh­ mer 19 aus, der dann das gesuchte Meßergebnis liefert.

Für ein neues Werkstück wird der Meßtaster 20 durch ent­ sprechende Steuerung des Kolbens 25 in entgegengesetzte Richtung (in Fig. 6 nach links) verfahren, bis die mit ihm starr verbundenen Teile mit dem Gestell 28 (an der in der Fig. 6 linken Seite) in Anschlag kommen. Dabei löst sich die Verbindung zwischen dem Grundkörper 21 und dem federbelasteten Sicherheitsstift 29, wenn der Wegaufneh­ mer 19 an seinen internen, hinteren Anschlag fährt, wo­ durch sichergestellt wird, daß der Wegaufnehmer 19 nicht mechanisch beschädigt wird.

Nach Entfernen des Meisterstückes bzw. später einem fer­ tig vermessenen Werkstückes und dem Einlegen eines neuen Werkstückes wird der Meßtaster 20 wieder über Druckbeauf­ schlagung des Kolbens 25 nach vorne gefahren (in Fig. 6 nach rechts), bis die Spitze 26 am zu vermessenden Werk­ stück anliegt.

Dabei schließt sich gleichzeitig die Verbindung zwischen Wegaufnehmer 19 und dem Grundkörper 21, indem sich der Sicherheitsstift 29 wieder an den Grundkörper 21 anlegt. Über die starre Verbindung des Grundkörpers 21 mit dem Meßtaster 20 liefert der Wegaufnehmer 19 dann das korrek­ te Meßergebnis.

Auf diese Weise gewährleistet das Mehrstellenmeßgerät eine automatische Anpassung sämtlicher Meßwertaufnehmer an unterschiedliche Werkstücke.

Claims (17)

1. Vorrichtung zur gleichzeitigen Bestimmung von mehreren Werkstückmaßen mit mehreren separaten Meßwertaufnehmern, die auf einer zur Werkstücklängsachse parallelen Führung nebeneinander verschiebbar angeordnet und in gewünschten axialen Meßpositionen fixierbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertaufnehmer (5) wahlweise mit einem nume­ risch gesteuerten Antrieb (3) verbindbar sind, durch den sie unabhängig voneinander in ihre Meßposition verfahrbar sind.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen Meßwertaufnehmer (5) und numerischen Antrieb (3) über ein axial verschiebbares Transportelement (4) erfolgt, mit dem die Meßwertaufneh­ mer (5) wahlweise verkoppelbar sind.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertaufnehmer (5) an ihrer Meßposition form- und/oder kraftschlüssig mit einem axial festgelegten Halteelement (2) verbindbar sind.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertaufnehmer (5) einen Feststellmechanismus aufweisen, der entweder an dem Transportelement (4) oder an dem Halteelement (2) angreift.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung der Meßwertaufnehmer (5) an dem Trans­ portelement (4) oder an dem Halteelement (2) mit Spiel (14, 17) quer zur Transportrichtung versehen ist und daß dieses Spiel (14, 17) durch den Feststellmechanismus (12) wahlweise eliminierbar ist.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststellmechanismus in die Meßwertaufnehmer (5) integrierte Stempel (12) aufweist, die hydraulisch oder pneumatisch an das Transportelement (4) oder das Halte­ element (2) anpreßbar sind.

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Transportelement (4) als Schlitten ausgebildet ist, auf dem mehrere Meßwertaufnehmer (5) magazinierbar sind.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitten (4) an dem als Führung fungierenden Halteelement (2) gelagert ist.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (2) eine insbesondere trapezförmige Außenkontur hat, die von konformen Ausnehmungen der Meß­ wertaufnehmer (5) umgriffen wird.

10. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierten Stempel (12) durch doppelt wirkende Kolben (16) ein- oder ausfahrbar sind.

11. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stempel (12) beim Ausfahren mit ihrer einen Seite mit dem Führungselement (2) und beim Einfahren mit ihrer Rückseite mit dem Transportelement (4) in Wirkverbindung gebracht werden.

12. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Meßwertauf­ nehmer in Radialrichtung zur Anpassung des Meßbereiches an die Werkstückabmessungen an ein Meisterstück heran­ fahrbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßtaster (20) mit einem Hydraulik-/Pneumatikkol­ ben (25) verbunden ist und hydraulisch/pneumatisch in die gewünschte Radialposition verfahrbar ist.

13. Vorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßtaster (20) in einem Gestell (28) geführt wird und über Koppelglieder (21, 27, 29), die ihrerseits mit dem Meßtaster verschiebbar sind, mit einem handelsübli­ chen Wegaufnehmer (19) in Verbindung steht.

14. Vorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelglieder (21, 29) über eine hydraulisch/ pneumatisch betätigte Klemmvorrichtung, insbesondere Konusklemmen (22, 27), mit dem Meßtaster (20) verklemmbar sind.

15. Vorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelglieder (21, 29) durch Federkraft in Rich­ tung zum Wegaufnehmer (19) belastet sind.

16. Vorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelglieder (21, 27) auch in entkoppelter Stel­ lung reibschlüssig mit dem Meßtaster (20) in Verbindung bleiben und bei dessen Axialverstellung durch Anschläge in ihrem Weg begrenzt werden und sich beim Wiederankop­ peln um eine Strecke von dem Anschlag entfernen, die auf das zulässige Untermaß des zu messenden Werkstückes abge­ stimmt ist.

17. Vorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßtaster (20) für Werkstückwechsel rückfahrbar ist.