DE1294034B

DE1294034B - Device for determining deviations in cross-sectional area

Info

Publication number: DE1294034B
Application number: DE1963ST021352
Authority: DE
Inventors: Plante Robert A
Original assignee: LS Starrett Co
Current assignee: LS Starrett Co
Priority date: 1963-11-20
Filing date: 1963-11-20
Publication date: 1969-04-30

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Bestimmen der Abweichung der Querschnittsfläche eines Kanals von einem vorgegebenen Nennwert mit mindestens zwei dicht in die Wandung einer gemeinsamen, ein Druckmittel enthaltenden Meßkammer eingesetzten, längs einander schneidender Achsen verschieblichen, einseitig an die Innenwandung des auszumessenden Kanals anlegbaren Tastkolben. The invention relates to a device for determining the Deviation of the cross-sectional area of a duct from a specified nominal value with at least two tightly in the wall of a common one containing a pressure medium Measuring chamber inserted, displaceable along intersecting axes, on one side tactile piston that can be placed against the inner wall of the channel to be measured.

Bei der Fertigung von Teilen oder Konstruktionen, die Uffnungen, Durchlässe oder Kanäle enthalten oder begrenzen, ergibt sich oft die Notwendigkeit, unabhängig von deren absoluter Querschnittsfläche die Abweichung dieser Fläche von einem vorgegebenen Nennwert zu bestimmen. Der naheliegendste, allerdings auch mühseligste Weg, eine solche Bestimmung durchzuführen, besteht darin, charakteristische Durchmesser der Uffnungen auszumessen und aus diesen dann die entsprechenden Flächen zu berechnen. When manufacturing parts or constructions that have openings, Contain or limit passages or channels, there is often the need to regardless of their absolute cross-sectional area, the deviation of this area from to determine a given nominal value. The most obvious, but also the most arduous One way of making such a determination is to use characteristic diameters measure the openings and then calculate the corresponding areas from these.

Zur Durchführung dieser Bestimmungsmethode sind außer üblichen Maßstäben eine ganze Reihe verschiedenartiger Vorrichtungen bekannt, bei denen die interessierenden Längen in Verschiebungen von Tastkolben umgesetzt werden, die ihrerseits Druck-und Strömungsverhältnisse in hydraulischen Geräten beeinflussen. In order to carry out this method of determination, the usual standards are not required a number of different devices known in which the interesting Lengths are implemented in displacements of tactile plungers, which in turn pressure and Influence flow conditions in hydraulic devices.

So ist aus der schweizerischen Patentschrift 328 119 eine Längenmeßvorrichtung bekannt, bei der zwei Tastknöpfe an den Begrenzungsflächen der zu ermittelnden Länge angelegt werden. Die Rückseiten der Tastkolben sind als Prallflächen für eine aus ortsfesten Düsen ausströmende Flüssigkeit ausgebildet. For example, Swiss patent 328 119 describes a length measuring device known, with the two push buttons on the boundary surfaces of the length to be determined be created. The backs of the plungers are designed as baffles for one Fixed nozzles flowing out liquid formed.

Je nach dem von der Meßlänge abhängigen Abstand der Prallflächen von den Düsen ändert sich die aus den Düsen ausströmende Flüssigkeitsmenge und mit ihr der Druck in einem an die Düsen angeschlossenen Vorratsbehälter, der als Maß für die interessierende Länge dient.Depending on the distance between the impact surfaces, which is dependent on the measuring length, from the nozzles change the amount of liquid flowing out of the nozzles and with it the pressure in a reservoir connected to the nozzles, which is used as a measure for the length of interest is used.

Die deutsche Patentschrift 636 111 beschreibt eine Zentriervorrichtung für Bohrköpfe, die auch als Meßgerät für die Ermittlung des Bohrungsdurchmessers geeignet ist. Die Vorrichtung besitzt einen federbelasteten Taster, der über einen Hebelmechanismus auf eine Membran wirkt, die eine Wand einer geschlossenen Druckmeßkammer bildet. Der gewünschte Enddurchmesser der Bohrung bzw. die Zentrierung des Rohrkopfes ist erreicht, wenn während einer vollen Umdrehung des Bohrkopfes, der den Taster trägt, um seine Achse keine Schwankung des Druckes in der Meßkammer auftritt. German patent specification 636 111 describes a centering device for boring heads, which can also be used as a measuring device for determining the bore diameter suitable is. The device has a spring-loaded button that has a Lever mechanism acts on a diaphragm, which is one wall of a closed pressure measuring chamber forms. The desired final diameter of the bore or the centering of the pipe head is reached when, during one full rotation of the drill head, the button carries, no fluctuation of the pressure in the measuring chamber occurs about its axis.

Die französische Patentschrift 926 151 hat ein mit hydraulischen Mitteln arbeitendes Mikrometer zum Gegenstand, das die Bewegung eines Tastkolbens, dessen eines Ende an den Begrenzungen der zu messenden Länge anliegt, in Druckänderungen in einer geschlossenen Kammer, deren eine Wand eine von dem Kolben beaufschlagte Membran bildet, bzw. in Verschiebungen einer mit der Druckkammer verbundenen Flüssigkeitskapillaren umsetzt. The French patent specification 926 151 has a hydraulic Means working micrometer to the object, which the movement of a tactile piston, one end of which rests against the limits of the length to be measured, in pressure changes in a closed chamber, one wall of which acted upon one of the piston Membrane forms, or in displacements of a liquid capillary connected to the pressure chamber implements.

Die deutsche Patentschrift 893 264 befaßt sich mit einem Durchmesser- bzw. Längenprüfer. der zwei Tasthebel besitzt, die jeweils mit einem Ende an dem zu messenden Werkstück anliegen und mit dem anderen das Volumen einer Meßkammer ändern, deren Innendruck gemessen wird und ein Maß für die Werkstücklänge bildet. The German patent specification 893 264 deals with a diameter or length checker. has two feeler levers, each with one end at the the workpiece to be measured and the volume of a measuring chamber with the other change, whose internal pressure is measured and forms a measure for the workpiece length.

Aus der USA.-Patentschrift 2 68() 912 ist eine Durchmesserlehre für Bohrungen bekannt. die eine Mehrzahl von an dem Meßobjekt anlegbaren Tatern aufweist, deren einander zugewandte Enden einen Durchtrittsspalt für Druckluft begrenzen. Die Spaltgröße und über sie das pro Zeiteinheit durch den Spalt hindurchtretende Druckluftvolumen stellen ein Maß für die Summe der Tastverschiebungen und damit für den Durchmesser der auszumessenden Bohrung dar. From the USA.-Patent 2 68 () 912 a diameter gauge for Known holes. a plurality of offsets that can be applied to the test object having, whose ends facing each other limit a passage gap for compressed air. The size of the gap and, via it, the amount that passes through the gap per unit of time Compressed air volumes represent a measure of the sum of the tactile displacements and thus for the diameter of the hole to be measured.

Der wesentliche Mangel aller vorgenannten Geräte besteht hinsichtlich des eingangs aufgezeigten Zwecks einer Querschnittsflächenbestimmung darin, daß sie sämtlich nur eindimensionale Größen zu ermitteln gestatten, aus denen dann die interessierende Fläche errechnet werden muß. Dieser letztere Verfahrensschritt aber gestaltet sich, insbesondere dann, wenn Querschnittsflächen mit unregelmäßigen Begrenzungslinien ermittelt werden sollen, sehr mühselig, da zum einen eine große Anzahl von Längen zu messen ist, die zum anderen in einer Vielzahl von Rechenoperationen in Beziehung zueinander gesetzt werden müssen, wenn ein auch nur annähernd genaues Ergebnis der Flächenbestimmung erforderlich ist. The main deficiency of all the aforementioned devices is with regard to the aforementioned purpose of determining the cross-sectional area is that they all allow only one-dimensional quantities to be determined from which the area of interest must be calculated. But this latter process step develops, especially when cross-sectional areas with irregular boundary lines are to be determined, very laborious because, on the one hand, a large number of lengths to be measured is related to the other in a variety of arithmetic operations must be set to each other if an even approximate result of the Area determination is required.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Anwendung der bekannten mechanisch-hydraulischen Meßwertwandlung eine Vorrichtung zu schaffen, die unmittelbar und ohne Rechenschritte zur Anzeige der gesuchten Querschnittsfläche führt, also von vornherein eine zweidimensionale Größe ermittelt. The invention is therefore based on the object, using the known mechanical-hydraulic measured value conversion to create a device, the immediate and without calculation steps to display the cross-sectional area you are looking for leads, so a two-dimensional variable is determined from the outset.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß die dem Meßkammerinneren zugewandten Stirnflächenquerschnitte der Tastkolben sich umgekehrt zueinander verhalten wie die vorgegebenen Nennweiten des auszumessenden Kanals in Richtung der Verschiebungsachsen der Tastkolben. According to the invention, this object is based on a device of the type mentioned above is achieved in that the interior of the measuring chamber is facing End face cross-sections of the tactile piston behave inversely to one another as the specified nominal widths of the duct to be measured in the direction of the displacement axes the tactile piston.

Die Erfindung besteht also in einem Gerät, das Merkmale verschiedener bekannter Vorrichtungen in sich vereinigt und bei der Abstimmung und Bemessung der einzelnen Bauteile von der neuen Erkenntnis Gebrauch macht, daß bei einem bestimmten Verhältnis der Kolbenflächen die hydraulische Addition von deren Verschiebung gegenüber einer vorgegebenen Normallage, die dem Nennwert der interessierenden Uffnung entspricht, der Abweichung der Uffnung von diesem Nennwert proportional ist. The invention consists in a device that features various known devices combined in itself and in the coordination and dimensioning of the individual components makes use of the new knowledge that with a certain Ratio of the piston areas versus the hydraulic addition of their displacement a specified normal position, which corresponds to the nominal value of the opening of interest, the deviation of the opening from this nominal value is proportional.

Soll die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung von Querschnittsfläche mit teilweise sehr unregelmäßig verlaufenden Begrenzungslinien eingesetzt werden, so empfiehlt es sich, in Weiterbildung der Erfindung, mindestens senkrecht zu den unregelmäßigen Teilen der Begrenzungslinien eine Mehrzahl von längs zueinander parallelen und in Abständen aufeinanderfolgenden Achsen verschieblichen Tastkolben in der Meßkammerwandung zu führen, deren dem Meßkammerinneren zugewandten Stirnflächenquerschnitte untereinander gleich sind und sich zu den entsprechenden Stirnfiichenquerschnitten längs ihre Verschiebungsachse schneidender Achsen verschieblicher Tastkolben umgekehrt verhalten wie die jeweils zugehörigen Summen aus den Nennweiten des auszumessenden Kanals in Richtung aller einzelnen Verschiebungsachsen. Should the device according to the invention for determining cross-sectional area are used with sometimes very irregular boundary lines, so it is recommended in a further development of the invention, at least perpendicular to the irregular parts of the boundary lines a plurality of longitudinally parallel and feeler piston displaceable at intervals of successive axes in the measuring chamber wall to lead whose end face cross-sections facing the interior of the measuring chamber are equal and correspond to the corresponding frontal cross-sections along their Behavior of the displacement axis of intersecting axes of displaceable probe pistons is reversed like the respective sums from the nominal widths of the duct to be measured in the direction of all individual displacement axes.

Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung sehr kleiner Querschnittsflächen, also etwa in engen Kanälen, Verwendung finden soll bzw bei schlechter Zugänglichkeit der Meßstellc. so ist eine weitere Ausgestaltung der Erfindung von Vorteil, hei der die dem auszumessenden Kanal iugewindten Enden der Tastkolben als Taste'enger iusgehildei hand. die über gelenkige Hebelsysteme mit den in der Meßkammerwandung geführten Teilen der Tastkolben verbunden sind und Verschiebungen ihrer Enden längs einander schneidender Achsen in Tastkolbenbewegungen umsetzen. When the inventive device for determination is very small Cross-sectional areas, for example in narrow channels, should be used or at poor accessibility of the measuring point c. so is another embodiment of the invention It is advantageous if the ends of the sensing pistons are threaded into the channel to be measured als Taste'enger iusgehildei hand. via articulated lever systems are connected to the parts of the sensing piston guided in the measuring chamber wall and Displacements of their ends along intersecting axes in tactile piston movements realize.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung soll nunmehr unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein mögliches Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung näher beschrieben werden. Dabei sind in der Zeichnung Fig. 1 eine stark schematisierte Darstellung der Vorrichtung selbst und Fig. 3 ein Schema zur Erläuterung des bei der Vorrichtung zugrunde gelegten Meßprinzips. To further explain the invention, reference should now be made on the drawing a possible embodiment for a device according to the invention are described in more detail. In the drawing, FIG. 1 is a highly schematic one Representation of the device itself and FIG. 3 is a diagram for explaining the in the device is based on the measurement principle.

Wie aus den F i g. 1 und 2 zu entnehmen ist, wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Messung der Fläche eines Durchlasses 10 von unregelmäßigem Querschnitt ein Annäherungsprinzip benutzt. Die zu messende Fläche wird durch eine Anzahl von in Strichpunktlinien bei x, y und s gezeichneten Rechtecken angenähert. Die Abmessungen dieser Rechtecke entlang zweier zueinander normaler Achsen betragen h bzw. Cl, C2.. Cn, und die gesuchte Fläche F des Durchlasses 10 berechnet sich damit zu Erfindungsgemäß wird dieses Annäherungsverfahren durch ein geschlossenes hydraulisches System verwirklicht, bei dem in der Wandung 11 einer ein Druckmittel enthaltenden Meßkammer 17 eine Mehrzahl von Tastkolben P axial verschieblich geführt sind, die mit Tastfingern 14 an einander gegenüberliegenden, sich in Längsrichtung erstreckenden Begrenzungen des Durchlasses 10 zur Anlage kommen können. Das in Fig. 1 dargestellte System besitzt drei Sätze von Tastkolben P, die entsprechend den seitlichen Abmessungen Ci, C2, Cn in Fig. 2 angeordnet sind. Zur Messung der Abmessung h des Durchlasses 10 ist ein einziger Tastkolben'R mit einem Tastfinger 15 vorgesehen, der an einer der sich seitlich erstreckenden Begrenzungen des Durchlasses 10 anliegt. Ein fester Kontakt 16 ist in die Wandung 11 der Meßkammer 17 gegenüber dem Tastkolben R eingepreßt und ergibt einen festen Bezugspunkt für die Ausrichtung der Vorrichtung in dem Durchlaß 10.As shown in FIGS. 1 and 2, an approximation principle is used in the device according to the invention for measuring the area of a passage 10 of irregular cross section. The area to be measured is approximated by a number of rectangles drawn in dash-dotted lines at x, y and s. The dimensions of these rectangles along two axes that are normal to one another are h and Cl, C2 According to the invention, this approximation method is implemented by a closed hydraulic system in which a plurality of sensing pistons P are axially displaceably guided in the wall 11 of a measuring chamber 17 containing a pressure medium, which with sensing fingers 14 on opposite, longitudinally extending boundaries of the passage 10 for Plant can come. The system shown in FIG. 1 has three sets of feeler pistons P, which are arranged in accordance with the lateral dimensions Ci, C2, Cn in FIG. To measure the dimension h of the passage 10, a single feeler piston R with a feeler finger 15 is provided, which rests against one of the laterally extending boundaries of the passage 10. A fixed contact 16 is pressed into the wall 11 of the measuring chamber 17 opposite the feeler piston R and provides a fixed reference point for the alignment of the device in the passage 10.

In einer Anzeigekammer 18 ist mit einem Anzeigefinger 19 ein Anzeigekolben T verschieblich geführt, und eine Leitung 20 stellt eine Strömungsverbindung zwischen der Meßkammer 17 und der Anzeigekammer 18 her, so daß sich der Anzeigekolben T entsprechend der algebraischen Summe der Druckmittelverdrängungen aus der Meßkammer 17 durch Verschiebungen der Tastkolben P und R verschiebt. In a display chamber 18 is an indicator piston with an indicator finger 19 T slidably guided, and a line 20 provides a flow connection between the measuring chamber 17 and the display chamber 18 so that the display piston T is accordingly the algebraic sum of the pressure medium displacements from the measuring chamber 17 through Displacements of the tactile piston P and R shifts.

Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß dann, wenn die Querschnitte der Kolben P und R in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen, das von dem Verhältnis zwischen den Nennabmessungen des zu messenden Kanals 10 abhängig ist, die Verschiebtlng des Anzeigekolbens T der Abweichung der Fläche des Durchlasses 10 von ihrem Nennwert proportional wird. In der Praxis braucht man daher lediglich an dem Anzeigefinger 19 ein Meßgerät für Li nearverschiebungen von mechanischer oder elekrascher Bauart anzuschließen, um unmittelbar die Abweichung der Durchlaßfläche von ihrem Nennwert ablesen zu können. The invention is based on the knowledge that when the cross-sections the piston P and R are in a certain ratio to each other, that of the The ratio between the nominal dimensions of the duct to be measured is dependent on 10, the displacement of the indicator piston T of the deviation of the area of the passage 10 becomes proportional to its face value. In practice, you only need on the indicator finger 19, a measuring device for linear displacements of mechanical linear or electronic design to connect directly to the Deviation of the passage area to be able to read off their face value.

Dazu muß erfindungsgemäß das Verhältnis der Querschnittsflächen eines jeden der Kolben R zu der eines jeden der Kolben P gleich dem Verhältnis der Summe der gemessenen seitlichen Abmessungen C zur Summe der gemessenen Längsabmessungen h sein. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird eine einzige Längsabmessung gemessen, so daß die erforderliche Bedingung bestimmt werden kann als in welcher Gleichung rR den Radius eines Kolbens R und rp den Radius eines Kolbens P bedeutet. Diese Beziehung kann wie folgt abgeleitet werden: Unter Bezugnahme auf das Diagramm Fig.2 kann der gesamte Differentialquotient der Fläche A ausgedrückt werden als Der gesamte Differentialquotient der Strömungsmittelverdrängung V läßt sich schreiben als Wenn jetzt die Bedingung eingeführt wird, daß dann ist die Beziehung zwischen der Abweichung in der Verdrängung und der Abweichung in der gemessenen Fläche konstant: dV ~ r12 dA h 1 Das heißt, die Abweichung in der Fläche ist proportional dem Volumen des in dem System verdrängten Druckmittels und damit gegeben durch die lineare Verschiebung des Anzeigekolbens T. Dieses Ergebnis ist nicht abhängig davon, ob eine besondere Anzahl von Tastkolben zur Messung einer jeden Querabmessung vorhanden ist, wenn nur die zuvor aufgestellte Beziehung zwischen den Querschnittsflächen der einzelnen Kolben und den beiden Ciruppen erfüllt. Uberdies ist das System anwendbar auf die Messung sowohl regulärer als auch irregulärer Flächen aller Formen, wobei lediglich eine größere Anzahl von Tastkolben notwendig werden kann, um eine zufriedenstellend genaue Messung sehr unregelinäßiger Flächen zu erhalten.For this purpose, according to the invention, the ratio of the cross-sectional areas of each of the pistons R to that of each of the pistons P must be equal to the ratio of the sum of the measured lateral dimensions C to the sum of the measured longitudinal dimensions h. In the illustrated embodiment, a single longitudinal dimension is measured so that the required condition can be determined as in which equation rR is the radius of a piston R and rp is the radius of a piston P. This relationship can be derived as follows: With reference to the diagram Fig.2, the total differential quotient of the area A can be expressed as The total differential quotient of the fluid displacement V can be written as If now the condition is introduced that then the relationship between the deviation in the displacement and the deviation in the measured area is constant: dV ~ r12 dA h 1 That is, the deviation in the area is proportional to the volume of the pressure medium displaced in the system and thus given by the linear displacement of the indicator piston T. This result does not depend on whether a particular number of tactile pistons is available for measuring each transverse dimension, if only the relationship established above between the cross-sectional areas of the individual pistons and the two Ciruppen is met. In addition, the system is applicable to the measurement of both regular and irregular surfaces of all shapes, only a larger number of tactile plungers may be necessary in order to obtain a satisfactorily accurate measurement of very irregular surfaces.

Bei sehr kleinen Abmessungen zu überprüfenden Fläche kann es sich empfehlen, die an der Fläche anliegenden Tastfinger nicht unmittelbar, sondern über gelenkige Hebelsysteme mit dem Tastkolben zu verbinden, was jedoch an dem Meßprinzip selbst nichts ändert. In the case of very small dimensions to be checked, the area can be recommend that the touch fingers lying on the surface not directly, but across to connect articulated lever systems with the tactile piston, which, however, on the measuring principle itself does not change anything.

Claims

Claims: 1. Device for determining the deviation of the Cross-sectional area of a duct of a given nominal value with at least two tightly inserted into the wall of a common measuring chamber containing a pressure medium, displaceable along intersecting axes, on one side of the inner wall of the canal to be measured, the feeler piston, d a -characterized in that the measuring chamber interior facing end face cross-sections of the tactile piston (P, R) are reversed to one another behave like the specified nominal widths of the duct (10) to be measured in the direction the displacement axes of the tactile pistons (P, R).

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that at least a tactile piston (P) further, along the axis of displacement of the first parallel, at preferably constant intervals of successive displacement axes in the measuring chamber wall guided tactile piston (P) are assigned, the inside of the measuring chamber facing end face cross-sections are equal to each other and are related to the corresponding End face cross-sections along their axis of displacement intersecting axes displaceable Tactile piston (R) behave in reverse as the respective sums from the nominal widths of the to be measured channel (10) in the direction of all individual axes of displacement.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the outer wall (t4) of the measuring chamber (17) with a fixed reference point (16) for the Alignment of the chamber (17) with respect to the interior of the channel (10) to be measured is provided.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the interior of the measuring chamber (17) is connected to an indicator piston (T) whose Change in position of the algebraic sum corresponds to the displacement of the tactile piston (P, R).

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the to be measured channel (10) facing ends of the sensing piston (P, R) as Fingers (14, 15) formed and via articulated lever systems with the in the measuring chamber wall (11) guided parts of the tactile piston (P, R) are connected.

6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the fixed Reference point (16) at the end of a probe fixedly connected to the measuring chamber wall (11) lies.