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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 Vorrichtung zur Messung vo@ Formabweichungen, insbesondere
Geradheitsabweichungen von Werkstücken und Maschinenführungen.
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Geradheitsmessungen spielen im Maschinenbau und in der Fertigungstec@nik
eine bedeutende Rolie. Als Beispiele seien die Geradheitspr@fung von Werkzeugmaschinentischen
und -fihrunben bei der Abnahmepräfung oder die Formgestaltprüfung von Mantellinien
von Kalanderwalzen genannt. Geradbeitsmessungen gehören im Maschinenbau zu @en schwierigsten
Meßprobiemen, da höchste Genauigkeiten in der Grö@enordnung von hundertstel bis
tausendstel Millimeter auf große Meß-@än@en im Bereich bis zu mehreren Metern gefordert
werden.
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Sämtliche bekannte Verfahren der Geradheitsmessung teruhen darauf,
daß der zu prüfende Gegenstand mit einem "Geradhsitsnormal" verglichen wird. Die
Schwierigkeit besteht dabei in der Realisierung dieses Geradheitsnormals, da von
diesem gefordert wird, daß seine eigenen Geradheitsabweichungen wesentlich kleiner
sind als jene des Präflings.
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Das Geradheitsnormal kann auf optischem oder mechanischem Wege realisiert
werden. Die optischen Geradheitsnormale, wie Fluchtfernrohr mit kollimator oder
der sogenannte "Tooling-Laser" werden vorwiegend für große Meßlängen im Bereic ch
von einigen iiletern bis ca. 60 m verwendet.
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Für Meßlängen von ca. 500 mm bis 5 m kommt in der Praxis als Geradheitsnormal
meist ein hoch genaues Flachlineal auE Stahl zur Anwendung. Dieses sellt ein ußerst
robustes und in der Handhabung einfaches Meßnormal dar.
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aei der Messung wird das StaF;llineal beispielsweise auf zwei Unterstützungsklätzchen
aufgelegt und von einem Meßgerät abgetastet, welches in eine Meßvorrichtung eingespannt
ist und auf dem Prüfling entlanggeführt wird. Die Meßmethode ist unproblematisch
und einfach in der Anwendung, es ist jedoch klar ersichtlich, daß 2ie Geradheitsabweichungen
des
Lineals selbst und dessen Durchbiegung unter dem Eigengewicht in das Meßergebnis
eingehen.
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Die zulässige Geradheitsabweichung von Stahllinealen ist fü.r vier
Genauigkeitsgraoe in DIN 874 vom August 1973 und im Appendix A der ISO-Empfenlung
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 Neßwerte an Hand 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 t dem Meßlineal verbunden ist. Das Lorrekturlineal wird eigens, und zwar mit
einer Überhöhung des Fehlers des Meßlineals 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 Linealdurohbiegung hervorgerufenen
Geradheitsabweichungen ist nicht möglich. Weiters muß bemerkt werden, daß zur Herstellung
des Korrekturlineals zunächst die Geradheitsabweichungen des Meßlineals genau gemessen
werden müssen und ausgehend von dieser Messung das Eorrekturlineal anzufertigen
ist. Auch wenn dieses Korrekturlineal eine "Überhöhung" der Fehler des Meßlineal
aufweist, ist seine Herstellung doch zumindest ebenso aufwendig wie die des Lineals
selbst.
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Aufgabe der Erfindung ict nun, eine automatische Kompensation der
Geradheitsabweichungen des Geradheitsnormals zu bewirken. Diese Aufgabe wird erfindungsgenäP
dadurch gelöst, daß zwei zumindest ungefähr zueinander
parallele
Meßlineale mit identischer Form der PrüfflGchen vorgesehen sind, wobei die Srüfflächen
spieWelbildlich 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 @eferenzgeraden 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 ungeführt parallel zueinander
angeordnet werden, wobei die gemeinsam bearbeiteten und somit identischen Prüfflächen
splegelbildlich in bezugauf eine Referenzgerade liegen, so ist der geome@rische
Ort aller Abstands-Mittelpunkte theoretisch eine ideale Gerade.
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In weiterer Ausgestalung der Erfindung kann der Meß schlitten an
den beiden Prüfflächen mit je einem Führungselement an mindestens je zwei Steilen
aufliegen und die Führungselemente in einem zentralen Tragelement, welches zur Aufnahme
des Meßgerätes dient, mittels gelenkig angebrachter Verbindungselemente so gelagert
und geführt sein, das ihre Bewegungen stets symmetrisch zum Tragelement erfolgen.
Der Meßschlitten ist damit so beschaffen, QaJ sich ein Element von ihm stets auf
der Abstandshalbierenden der beiden Lineale und somit auf der theoretisch idealen
Geraden befindet. Ein auf diesem Element angebrachtes Längenmeßgerät, etwa eine
Meßuhr, bewegt sich somit auf einer idealen Geraden.
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Eine besonders einfache und fertigungsmäßig günstige Gestalung gemäß
der Erfindung ergibt sich, wenn das Tragelement ule Form eines itreuzes aufweist
und die Führungselemente zusa@men mit den Verbindungselementen ein Gelenksechsec@
bilden, welches am Tragelement an vier Punkten gleitbar gelagert ist, wobei die
Führungselemente am senkrechten Balken des Kreuzes drehbar und längsverschieblich
angebracht
sind und der horizontale Balken des Kreuzes zwei Gleitstücke trägt, welche zusammen
mit den Führungselementen die Lager für die Verbindungselemente bilden.
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Mit dem Vorteil hoher Präzision kann dabei jedes Verbindungselement
in einem Führungselement einerseits und einem Gleitstück andererseits mittels Schneidenlager
angelenkt sein.
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Die bisher beschriebene Kompensation von Geradheitsabweichungen der
Lineale betrifft die herstellungbedingten Geradheitsabweionungen. Die Durchbiegung
der Lineale unter ihrem Eigengewicht beeinflußt nach wie vor das Meßergebnis.
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Bei identIschen Auflagerbedingungen weisen beioe Lineale identische,
d.h. parallele Biegelinien auf, und die vorrIn genannte ideale Gerade stellt in
Wirklichkeit die Biegelinie eines Lineals unter der Streckenlast des Eigengewichts
dar.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann nun auch diese Durchbiegung
kompensiert werden, in@em die Durchbiegung der beiden Meßlineale infolge ihres Eigengewichts
durch die Aufbringung einer Streckenlast an eie.
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der Lineale in der Größe des doppelten Eigengewichts eines einzelnen
Lineals und der Schwerkraft entgegenwirkend ko.lpensiert wird. Diese kompensierende
Streckenlast kann in Ausgestalung der Erfindung durch einen Schlauch auf das eine
Meßlineal (günstigerweise dem unteren) aufgebracht werden, der in einer Schlauchwanne
vom Lineal unabhängig gelagert und mit einen unter einem entsprechenden Druck stehenden
Medium gefüllt ist, wobei er über die gesamte Lineallänge auf dieses Lineal einwirkt.
Diese Streckenlast ergibt am beaufschlagten Lineal eine Biegelinie, welche sich
der Schwerkraft entgegenkrümmt und genau symmetrisch zu jener Biegelinie liegt,
welche sich durch das Linealeigengewicht allein einstellen würde.
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Beie Lineale bilden damit wiederum m zwei zur idealen
Geraden
symmetrische Konturen, welche sich aus den Biegelinien erheben. Dies bedeutet aber,
daß durch die oben beschrie@ene Meßvorrichtung zusätzlich auch eine Kompensation
cer Linealdurchbiegung erreicht ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen naher erläutert.
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Es zeiten: Fig. 1 eine bekannte Meßeinrichtung, Fig. 2 schematisch
die Anordnung von zwei Linealen geni(? der Erfindung, Fig. 3 schematisch cas kinematische
Prinzip des zwischen den Linealen gemaß der Erfindung geführten Meßschlittens und
Fig. 4 eine mögliche konstruktive Ausfahrung derselben.
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Fig. 5 stellt einen teilweisen Schnitt nach der Linie V-V in Fig.
4 dar.
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Fig. 6 zeigt schematisch die Belastung der beiden Lineale durch die
Streckenlast der Eigengewichte und die Anordnung einer, der Schwerkraft entgegengerichteten
Streckenlast unter dem unteren Lineal.
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Fig. 7 zeigt als Beispiel eine mögliche konstruktive AusbIldung des
Prinzips nach Fig. 6 und Fig.8 den dazugehörenden teilweisen Schnitt nach der Linie
VIII-VIII in Fig. 7.
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Die in Fi. 1 dargestellte bekannte Meßeinrichtung besteht aus einen
Stanllineal 1, welches auf de: Prüfling 5 mittels zweier Unterlagen 2 aufgelegt
ist. Dieses Stahllineal wird mittels eines Meßgerätes 3 abgetastet, welches in einer
am Prüfling 5 aufgestellten Meßvorrichtung 4 eingespannt ist.
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In Fig. 2 ist die erfindungsgemäße Anordnung von zwei Linealen 6
dargestellt, welche identische Prüfflächen
7 aufweisen. Das besondere
Merkmal der Anordnung besteht darin, da3 diese Prüfflächen 7 spiegelbildlich zu
der idealen Geraden 8 liegen. Oder anders ausgedrückt: Die Abstandsmittelpunkte
der beiden Prüfflächen 7 liegen auf der der idealen Geraden. Die Geradheitsabweichungen
der Prüfflächen 7 sid stark übertrieben dargestellt.
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Einen wesentlichen Bestandteil der Erfindung bildet ar Meßschlitten,
welcher auf den Prüfflächen 7 der Lineale 6 geführt ist und an welchem sich ein
element stegs auf der idealen Geraden 8 befindet.
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Fig. 3 zeigt ein kinematisches Prinzip, welches diese Forderung erfüllt,
wobei der Meßschlitten sich mit zwei Führungselementen 9 gegen die Lineale 6 abstützt.
Das Zentrum dieses Ke?schlittens wird durch ein Zentralkreuz 10' gebildet, welches
aus einem Vertikalarm 11 und einem Horizontalarm 12 besteht. Beide ,rme 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
101 bildet jenes Element des Meßschlittens 10, welches auf der idealen Geraden 8
geführt wird und somit den Befestìgungspunkt für ein Längenmeßgerät, etwa eine Meßuhr
bildet.
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Eine mögliche konstruktive Ausführung des kinematischen Prinzips
wird in Fig. 4 und Fig. 5 gezeigt. Außer den genannten Elementen dienen noch acht
Kugellager 16 der Führung des Meßschlittens 10 in Querriontung. Zwei Druckfedern
17 erzeugen eine Vorspannung, welche eine sichere Anlage der Führungselemente 9
an den Linealen 6 bewirkt. Die Anlenkung der Streben 15 an den Gleitschuhen 9 und
an er Gleitsteinen 17 und 14 erfolgt durch spielfreie Schneidenlager. Die Befestigung
des Längenmeßgerätes am Zentralkreuz
10' geschieht über eine nicht
dargestellte, standardmäßige Halterung, die ihrerseits durch in die Befestigungswinde
18 eingesetzte Schrauben festgehalten wira.
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In Fig. 6 wird das Prinzip der erfindungsgemäßen Kompensation der
Linealdurchbiegung erläutert. Auf beide Lineale wirkt das Eigengewicht in Form einer
durch die ifeile 19 dargestellte Streckenlast von oben nach unten. Zur Kompensation
der dadurch hervorgerufenen Linealdurchbiegung, durch welche die vorhin beschriebene
iaeale Gerade in eine Biegelinie übergeht, wird gemäß der Erfindung vorzugsweise
unter em unteren Lineal eine der Schwerkraft entgegengerichtete, durch die Pfeile
20 angedeutete Strekkenlast aufgebracht, welche der doppelten Größe des Eigengewichts
(19) eines einzelnen Lineals entspricht. Diese Strecrenlast ergibt ce Ger Fig. 5
am beaufschlagten Lineal eine Biegelinie, welche sich der Schwerkraft entgegenkrümmt
und genau spiegelbildlich zu jener Biegelinie liegt, welche das unbeaufschlagte
zweite Lineal einnimmt. Wie Fig.
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5 erkennen läßt, bilden nun beide Lineale wiederum zwei zur idealen
Geraden 8 spiegelbildlich liegende Prüfflächen.
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Dies bedeutet jedoch weiter, daß durch die erfindungsmäßige Meßvorrichtung,
wie sie in den Fig. 3 im Schema und in Fig.
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4 in einer möglichen Ausführungsform dargestellt ist, auch die angestrebte
Kompensation der Linealdurchbiegung erreich; ist.
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ine Möglichkeit der Realisierung der Streckenlast (20) in Fig. 6
wird in Fig. 7 und Fig. 8 gezeigt. Unter dem unteren Lineal 6' ist ein Schlauch
21 angebracht, welcher mit einem geeigneten Medium gefüllt ist, dasunter einem entsprechenden
Druck steht. Der Schlauch wird auf drei Seiten, näinlich unten und seitlich von
einer Schlauchwanne 22 gefaßt und drückt mit seiner Oberseite gegen die untere Fläche
des Lineals 6'. Damit bringt er auf das Lineal die gewünschte Streckenlast auf.
Die Schlauchwanne 22 ist von
den Linealen völlig frei auf zwei
Lagerholzen 23 an ihren Enden aufgehängt. Diese Lagerbolzen dienen gleichzeitig
zur Auflagerung der gesamten Meßanordnung. Sie sind durch Bohrungen der Endbügel
24 durchgesteckt, welche die Gesar.tanordnung fixieren. Die parallele Lage der beiden
Lineale wird durch die beiden Distanzstücke 25 erzielt und mittels cer Schrauben
26 fixiert. Die komplette Neanordnung ruht mit den Lagerbolzen 23 auf zwei Lagerböcken
27. In Fig. 7 ist lediglich das eine Ende der Anordnung dargestellt. Die zweite
Seite kann identisch zur dargestellten ausgeführt sein.
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L e e r s e i t e