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DE2234146A1 - Einrichtung zur ermitllung von laengenmessfehlern in einer laengenmesseinrichtung auf grund von temperaturaenderungen - Google Patents

Einrichtung zur ermitllung von laengenmessfehlern in einer laengenmesseinrichtung auf grund von temperaturaenderungen

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Publication number
DE2234146A1
DE2234146A1 DE19722234146 DE2234146A DE2234146A1 DE 2234146 A1 DE2234146 A1 DE 2234146A1 DE 19722234146 DE19722234146 DE 19722234146 DE 2234146 A DE2234146 A DE 2234146A DE 2234146 A1 DE2234146 A1 DE 2234146A1
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DE
Germany
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length
temperature
measuring device
workpiece
length measuring
Prior art date
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Application number
DE19722234146
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English (en)
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DE2234146C2 (de
Inventor
Karl Hutter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GERHARDT MESSMASCHBAU KG
Original Assignee
GERHARDT MESSMASCHBAU KG
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Publication date
Application filed by GERHARDT MESSMASCHBAU KG filed Critical GERHARDT MESSMASCHBAU KG
Priority to DE19722234146 priority Critical patent/DE2234146C2/de
Publication of DE2234146A1 publication Critical patent/DE2234146A1/de
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Publication of DE2234146C2 publication Critical patent/DE2234146C2/de
Expired legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/0011Arrangements for eliminating or compensation of measuring errors due to temperature or weight
    • G01B5/0014Arrangements for eliminating or compensation of measuring errors due to temperature or weight due to temperature
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • A Measuring Device Byusing Mechanical Method (AREA)

Description

  • Einrichtung zur Ermittlung von Längenmeßfehlern in einer Längenmeßeinrichtung auf Grund von Temperaturänderungen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ermittlung von Längenmeßfehlern. in einer Längenmeßeinricetung auf Grund von Temperaturänderungen mit ein.em Temperaturfühler, der die Temperatur. eines zu messenden. Werkstückes feststellt und ein der festgestellten Temperatur entsprechendes elektrisches Signal abgibt, das in ein Rechenwerk gelangt, welches unter Berücksichtigung von Wärmeausdehnungskoeffizient und Abmessung des zu messenden Werkstückes einen Längenkorrekturwert für das Werkstück bildet.
  • In der modernen Fertigungstechnik mit ihren-immer größer werdenden Geschwindigkeiten und. ihren immer höher werdenden Genauigkeitsforderungen ist es in zunehmendem Maße notwendig, beim Messen von Längen die Einflüsse von Temperaturänderungen zu kennen, zu berücksichtigen und zu korrigieren. Beim vergleichenden Messen von Längen werden in der Regel sogenannte Einstellmeister als Messnormale benutzt. Es ist wichtig, die Temperaturänderungen bei Längenmessungen zwischen Meßstation und Meßnormal und den zu prüfenden Werkstücke-n genau zu erfassen, um die durch Temperaturänderungen bedingten Fehlmessungen zu korrigieren. Normalerweise wird die Abweichung des Ist-Wertes einer Länge von dem Soll-Wert einer Länge geme~ssen. Dabei ist zu beachten, daß z. 3. bei Paarungsmessung mehrere Maße gleichzeitig erfaßt werden. Die Einstellung auf die Soll-Werte erfolgt dann mit mehreren Meßnormalen. Im Normalfall haben die Meßstationen und die Meßnormale dieselbcn Temperaturen und dieselben Ausdehnungskoeffizienten, so daß durch Temperaturunterschiede zwischen Meßstation und Meßnormalen keine Fehler entstehen.
  • Wenn die zu messenden Werkstücke eine von der Meßstation und den Meßnormalen abweichende Temperatur aufweisen, erfolgt eine Fehlmessung, die durch geeignete Maßnahmen korrigiert werden muß.
  • Unter der Voraussetzung, daß das Werkstück, das Meßnormal und die Meßstation die gleiche Temperatur haben, sind zur Feststellung der Längenkorrekturwerte einfache Meßgerät te anwendbar, z. B. Mikrometer, mit denen bei beliebigen Umgebungstemperaturen die Größe des Werkstückes relativ zum Meßnormal genau festgestellt werden kann.
  • In der Praxis ist diese Voraussetzung meist nicht erfüllt, woraus sich die Forderung ergibt, durch Temperaturänderung entstandene Fehler zu korrigieren.
  • Es ist ein Meßverfahren zur Korrektur des Temperatureinflusses bei spanabhebenden Fertigungen bekannt. (KEIM 1971, Februar) Es handelt sich dabei um das Meßgerät Thermophil 4463, das im wesentlichen aus der Temperaturfühlerspannung, die der Differenztemperatur zwischen dem zu messenden Werkstück und dem Meßnormal proportional ist, und unter Berücksichtigung des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Werkstückes und dessen Abmessung einen Längenkorrekturwert bestimmt. Dieses Meßverfahren setzt voraUs, daß die Wärmezufuhr gleichmäßig stattgefunden hat und daß die zugeführte Wärme in der relativ kurzen Zeit zwischen Wärmezufuhr und Messung sich soweit im Werkstück ausgleichen konnte, daß nur noch geringe Temperaturunterschiede innerhalb des Werkstückes gegeben sind. Die notwendige Wartezeit bis zur Durchführung der Messung wird bei einem Erststück ermittelt, indem man die Ablesung des Meßwertes nach mehreren Zeitabständen wiederholt und dadurch den stationären Zustand erkennt.
  • Vor jedem Meßvorgang wird das Meßgerät auf den Meßwert O eingestellt, wobei als Bezugswert jeweils die Temperatur des Meßnormals genommen wird. Die Längenmessung erfolgt mit einer Meßuhr. Soll nun das Werkstück relativ zu einem Meßnormal ausgemessen werden, wird der Längenunterschied zwischen Werkstück und Meßnormal mittels der Meßuhr festgestellt.
  • Gleichzeitig stellt das Meßgerät über den Temperaturfühler und die am Meßgerät einstellbaren Werte von Wärmeausdehnungskoeffizienten des Werkstückes und dessen Abmessung einen Längenkorrekturwert fest. Aus den an der Meßuhr und dem Meßgerät Thermophil 4463 ablesbaren Werten kann jetzt der wirkliche Längenkorrekturwert errechnet werden.
  • Ein Nachteil dieses Meßverfahrens besteht darin, daß vor jedem Messvorgang zeitraubend und umständlich auf die Abmessungen und Temperatur des Meßnormals abgeglichen werden muß, um genaue Messungen durchführen zu können. Ein weiterer erheblicher Nachteil besteht darin, daß Temperaturänderungen während des Meßvorganges nicht berücksichtigt werden, da ohne großen und zusätzlichen Aufwand keine gleichzeitigen Kontrollmessungen am Meßnormal und der Meßeinrichtung vorgenommen werden können und ein O-Abgleich nicht kontinuierlicn durchführbar ist. Immerhin bewirkt eine Temperaturänderung von 0,500 bei einem im langen Aluminium-Werkstück schon eine Längenänderung von mehr als 10 um. Diese Nachteile können nicht tolerierbare Meßfehler bedingen.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, die durch Temperaturänderungen der Meßnormaléßder Längenmeßeinrichtung und der zu prüfenden Werkstücke hervorgerufenen Meßfehler zu korrigieren und die oben beschriebenen Nachteile der schon bekannten Einrichtung zu vermeiden.
  • Eine Lösung der gestellten Aufgabe besteht darin, daß ein weiterer Temperaturfühler vorgesehen ist, der die Temperatur der Längenmeßeinrichtung feststellt und ein der festgestellten Temperatur entsprechendes Signal abgibt, das in ein Rechenwerk gelangt, welches unter Berücksichtigung des Wärmeausdehnungskoeffizienten der Längenmeßeinrichtung und deren Abmessung einen Längenkorrekturwert für die Längenmeßeinrichtung bildet, daß die Längenmeßeinrichtung eine elektrische Längenmeßeinrichtung ist, die ein der abgetasteten Länge entsprechendes elektrisches Signal abgibt, und daß eine Summiereinrichtung vorgesehen ist, die die Längenkorrekturwerte für das Werkstück und die Längenmeßeinrichtung sowie den der abgetasteten Länge entsprechenden Signalwert mit den richtigen Vorzeichen zu einem wahren Längenmeßwert addiert.
  • Der Vorteil dieser Lösung besteht darin, daß gleichzeitig mit der Feststellung der Temperatur des zu messenden Werkstückes durch den einen Temperaturfühler ein zweiter Temperaturfühler die Temperatur der Längenmeßeinrichtung erfaßt, wodurch die Temperaturänderungen und damit die genauen Temperaturunterschiede zwischen den zu messenden Werkstücken und der Längenmeßeinrichtung und, bei vorgegebenen Wärmeausdehnunskoeffizienten und Abmessungen der Werkstükke und der Längenmeßeinrichtung, die Längenkorrekturwerte kontinuierlich bestimmbar sind.
  • Eine weitere Lösung der Aufgabe besteht darin, daß ein weiterer Temperaturfühler vorgesehen ist, der die Temperatur ein-s zweiten, in der gleichen Längenmeßeinrfchtung gemessenen Werkstückes feststellt und der ein der festgestellten Temperatur entsprechendes Signal abgibt, das in ein Rechenwerk gelangt, welches unter Berücksichtigung des Wärmeausdehnungskoeffizienten des zweiten Werkstückes und dessen Abmessung einen Längenkorrekturwert für das zweite Werkstück bildet, daß die Län-genmeßeinrichtung eine elektrische Längenmeßeinrichtung ist, die ein der abgetasteten Länge entsprechendes elektrisches Signal abgibt, und daß eine Summiereinrichtung vorgesehen ist, die die Längenkorrekturwerte für die Werkstücke sowie den der abgetasteten Länge entsprechenden Signalwert mit den richtigen Vorzeichen zu einem wahren Längenmeßwert addiert.
  • Der Vorteil dieser Lösung besteht darin, daß gleichzeitig mit der Peststellung der Temperatur des zu messenden Werkstückes durch den einen Temperaturfühler ein weiterer Temperaturfühler die Temperatur eines zweiten Werkstückes, das z. B. auch ein Meßnormal sein kann, erfaßt. Da außerdem gleichzeitig mit den Temperaturmessungen die Abmessungen der Werkstücke feststellbar sind, ermöglicht die erfindungsgemäße Einrichtung, Längenmeßfehler bei Längenmessungen in Werkstücken auf Grund von Temperaturänderungen kontinuierlich und genau zu bestimmen.
  • Das gemeinsame erfindungsgemäße Grundmerkmal der beiden Lösungen der gestellten Aufgabe besteht in dem großen Vorteil dieser Erfindung gegenüber bekannten Einrichtungen, die Temperaturen und Abmessungen der zu prüfenden Werkstücke, der Meßnormale und der Längenmeßeinrichtung gleichzeitig zu bestimmen und die den Temperaturen und Abmessungen entsprechenden elektrischen Signale mit richtigen Vorzeichen den Rechnwerken zuzuführen, in denen unter Berücksichtigung der Wärmeausdehnungskoeffizienten und Abmessungen ein Längenkorrekturwert erzeugt wird.
  • Vorzugsweise wird der Wert für die Abmessungen der zu prüfenden Werkstücke dem Rechenwerk direkt von der Längenmeßeinrichtung zugeführt, was besondersvorteilhaft ist, denn dadurch ist eine stets genaue und kontinuierliche Brzeugung von Längenkorrekturwerten gewährleistet, wodurch z. B. Temperaturänderungen bei längeren Bearbeitungsprozessen und Längenmeßfehler infolge dieser Temperaturänderungen sicher festgestellt werden können.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und soll im folgenden näher beschrieben werden.
  • Es zeigt Fig. 1 im Schema in der Form eines Blockschaltbildes eine erfindungsgemäße Einrichtung zur Ermittlung von Längenmeßfehlern mit Wechselspannungsspeisung.
  • In der Pig. 1 sind zwei Temperaturfühler 2 und 4, die z. B. aus temperaturkorrigierenden Widerständen oder Halbleitern bestehen können, mit Andrückeinrichtungen 6 und 8, z. B. Federn, versehen. Mit Hilfe dieser Andrückvorrichtungen 6 und 8 sind die Temperaturfühler 2 und'4 mit einem konstanten Meßdruck an ein Meßnormal 10 und an ein zu prüfendes Werkstück 12 anlegbar. Zwei Leitungen 14 und 16 verbinden die Temperaturfühler 2 und 4 mit einer Wechselspannungsquelle 18. Zwei weitere Leitungen 20 und 22 verbinden die Temperaturfühler über Differenzverstärker, die hier nicht gezeigt sind, mit einem Summierwerk 24, in dem. die Spannungen, die die Temperaturfühler 2 und 4 liefern und die den Temperaturen des Meßnormals 10 und des zu prüfenden Werkstückes 12 proportional sind, addiert werden, derart, daß bei Temperaturgleichheit zwischen Meßnormal und zu prüfendem Werkstück bei gleichen Temperaturkoeffizienten am Ausgang der Korrekturwert Null erscheint. In dem Summierwerk 24 ist eine Einrichtung 26 zur Einstellung der Empfindlichkeit vorgesehen.
  • Eine Leistung 28 verbindet das Summierwerk 24 mit einem Rechenwerk 30, in dem die Ausgangsspannung des Summierwerks 24 entsprechend dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der jeweils zu prüfenden Werkstücke bewichtet wird.
  • Eine Leitung 32 verbindet das Rechenwerk 30 mit einem Rechenwerk 34, in dem die Ausgangsspannung des Rechenwerks 30 entsprechend dem Längenwert des zu messenden Werkstückes bewichtet wird. Die Ausgangsspannung des Rechenwerkes 34 entspricht dem Längenkorrekturwert für das zu messende Werkstück. Zwei Längenmeßeinrichtungen 36 und 38 sind mit Tastern 40 und 42 versehen, die auf das Meßnormal 10 und das Werkstück 12 auffahrbar sind. Die Leitungen 44 und 46 verbinden die Längenmeßeinrichtungen, die vorzugsweise aus induktiven Wegaufnehmern bestehen, über eine Leistung 48 mit der Wechse Lspannungsquelle 18, die in der Fig. 1 schematisch als Oszillator dargestellt ist. Eine Leitung 49 führt dem Rechenwerk 34 den durch die''längenmeßelnrictitung 38 festgestellten Wert für die- Werkstücklänge direkt- zu. Zwei Leitungen 50 und 52 und eine Leistung 54 verbinden die Längenmeßeinrichtungen 36 und 38 und das Rechenwerk 34 mit einem Summierwerk 56, in dem die Ausgangsspannungen der-Längenmeßeinrichtungen 36 und 38 und des Rechenwerks 34 mit richtigen Vorzeichen addiert werden. Eine Leitung 58 verbindet das Summierwerk 56 mit einem Verstärker 60, durch den die Ausgangsspannung des Summierwerke 56 verstärkt wird. Eine Leitung 62 verbindet den Verstärker 60 mit einem phasenabhängigen Gleichrichter 64, der durch ßie Leitung 66 mit der Spannungsquelle 18, die dem Gleichrichter 64 die Vergleichsphase liefert, verbunden ist. Die Ausgangsgleichspannung des Gleichrichters- 64, die ein Maß für den Längenkorretturwert relativ zum -Meßnormal ist, kann, wie in der Fig. 1 gezeigt ist, mittels eines Meßinstrumentes 68 angezeigt werden, wobei das Meßinstrument 68 in Längeneinheiten gewicht werden kann. Die Ausgangsgleichspannung kann darüberhinaus auch direkt zur Steuerung automatischer Bearbeitungsmaschinen ausgenutzt werden. Ergänzend sei noch bemerkt, daß die Einrichtung auch mit mehr als zwei Längenmeßeinrichtungen und Temperaturfühlern versehen sein und mit Gleichspannung versorgt werden kann. Die erfindungsgemäße Einrichtung kann vorteilhaft bei Paarungsmessungen eingesetzt werden.

Claims (3)

  1. Patentansprüche:
    einrichtung zur Ermittlung von Längenmeßfehlern in einer Längenmeßeinrichtung auf Grund von Temperaturänderungen mit einem Temperaturfühler, der die Temperatur eines zu messenden Werkstückes feststellt und ein der festgestellten Temperatur entsprechendes elektrisches Signal abgibt, das in ein Rechenwerk gelangt, welches unter BerücKsichtigung von Wärmeausdehnungskoeffizient und Abmessung des zu messenden Werkstükkes einen Längenkorrekturwert für das Werkstück bildet, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Temperaturfühler (2) vorgesehen ist, der die Temperatur der Längenmeßeinrichtung (10) feststellt und ein der festgestellten Temperatur entsprechendes Signal abgibt, das in ein Rechenwerk (24, 30) gelangt, welches unter Berücksichtigung des Wärmeausdehnungskoeffizienten der Längenmeßeinrichtung und deren Abmessung einen Längenkorrekturwert für die Längenmeßeinrichtung bildet, daß die Längenmeßeinrichtung eine elektrische Längenmeßeinrichtung (36, 38) ist, die ein der abgetasteten Länge entsprechendes elektrisches Signal abgibt und daß eine Summiereinrichtung vorgesehen ist, die die Längenkorrekturwert für das Werkstück und die Längenmeßeinrichtung sowie den der abgetasteten Länge entsprechenden Signalwert mit den richtigen Vorzeichen zu einem wahren Längenmeßwert addiert.
  2. 2. Einrichtung zur Ermittlung von Längenmeßfehlern in einer Längenmeßeinrichtung auf Grund von Temperaturänderungen mit einem Temperaturfühler, der die Temperatur eines zu messenden Werkstückes feststellt und ein der festgestellten Temperatur entsprechendes elektrisches Signal abgibt, das in ein Rechenwerk gelangt, welches unter Berücksichtigung von Wärmeausdehnungskoeffizient und Abmessung des zu messenden Werkstückes einen Längenkorrekturwert für das Werkstück bildet, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Temperaturfühler (2) vorgesehen ist, der die Temperatur eines zweiten, in der gleichen Längenmeßeinrichtung gemessenen Werkstückes feststellt und der ein der festgestellten Temperatur entsprechendes Signal abgibt, das in en Rechenwerk (24, 30) gelangt, welches unter Berücksichtigung des Wärmeausdehnungskoeffizienten des zweiten Werkstückes und dessen Abmessung einen Längenkorrekturwert für das zweite Werkstück bildet, daß die Tångenmeßeinrichtung eine elektrische Längenmeßeinrichtung (36, 38) ist, die ein der abgetasteten Länge entsprechendes elektrisches Signal abgibt, und daß eine Summiereinrichtung vorgesehen ist, die die Längenkorrekturwerte für die Werkstücke sowie den der abgetasteten Länge entsprechenden Signalwert mit den richtigen Vorzeichen zu einem wahren Längenmeßwert addiert.
  3. 3. Einrichtung zur Ermittlung von Längenmeßfehlern. in. einer Längenmeßeinrichtung auf Grund von Temperaturänderungen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Län.genmeßeinrichtung dem Rechenwerk den Wert für die-- Abmessung zuführt.
    Leerseite
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