DE3885714T2

DE3885714T2 - Messmaschine für zylindrische Koordinaten.

Info

Publication number: DE3885714T2
Application number: DE88308631T
Authority: DE
Inventors: Thomas A Ballas; William E Harbottle; Russell W Keller
Original assignee: Timken Co
Current assignee: Timken Co
Priority date: 1987-09-25
Filing date: 1988-09-19
Publication date: 1994-03-10
Anticipated expiration: 2008-09-20
Also published as: JPH01121701A; EP0315308A3; US4800652A; EP0315308B1; EP0315308A2; DE3885714D1

Description

Die Erfindung betrifft allgemein eine Meßvorrichtung und ein Meßverfahren, die besonders zum Vornehmen von Messungen an Gegenständen geeignet sind, die einen im wesentlichen kreisrunden Querschnitt haben.
Einige Herstellerfirmen benötigen Teile, die mit einer erheblichen Präzision bearbeitet worden sind und um festzustellen, ob solche Teile innerhalb der Toleranz liegen, werden Meßvorrichtungen bentötigt, die noch genauer sind. Es sind bereits sogenannte Koordinatenmeßvorrichtungen bekannt, die einen einzelnen Meßfühler längs drei Achsen eines typischen kartesischen Koordinatensystems bewegen, um die Stellung des Meßfühlers - und damit selbstverständlich die Stellung der Oberfläche mit der der Meßfühler in Berührung ist - innerhalb des Systems zu bestimmen; diese Vorrichtungen sind jedoch am besten dafür geeignet, rechteckige Gegenstände zu messen. Andererseits bieten Gegenstände mit einem kreisrunden Querschnitt für solche Vorrichtungen Gelegenheiten, Fehler anzuhäufen und auf diese Weise die Genauigkeit zu verlieren, die für bedeutungsvolle Messungen notwendig sind. Die typische Koordinatenmeßvorrichtung hat einen einzelnen Meßfühler, der sich nach oben und unten und auch seitlich bewegt. Bei einer Berührung eines Punktes der Oberfläche des Gegenstandes, der zu messen ist, registriert die Vorrichtung eine Ablesung. Der Meßfühler zieht sich daraufhin zurück und bewegt sich zu einem anderen Punkt auf dem Gegenstand, wo eine weitere Ablesung registriert wird. Durch Durchführen mehrerer Messungen an bestimmten Stellen auf dem Gegenstand können die Abmessungen des Gegenstandes festgestellt und damit ein allgemeiner Hinweis auf seine Form gegeben werden. Ein solches Verfahren mit einem Berührungsmeßfühler benötigt jedoch eine erhebliche Zeit. Da bei diesem Verfahren nur eine Berührung des Meßfühlers dazu benutzt wird, die Lage eines relativ großen Flächenbereiches festzustellen, ist dieses Verfahren für Fehlmessungen anfällig. Wenn diese Berührung beispielsweise in einer Vertiefung stattfindet, wie sie zum Beispiel von einem Schneidwerkzeug hinterlassen worden ist, dann führt die Messung für den gesamten Oberflächenbereich zu einer Fehlmessung.
Andere Koordinatenmeßvorrichtungen mit einem einzigen Meßfühler verwenden eine analogen Meßfühler, der mit der Oberfläche, die gemessen werden soll, in ständiger Berührung bleibt und mit dessen Hilfe es daher möglich ist, daß kontinuierliche Messungen von dieser Oberfläche gemacht werden. Der einzige Meßfühler und der geradlinige Charakter seiner Betätigung begrenzen jedoch auch hier die Fähigkeit der Vorrichtung, Gegenstände mit kreisrundem Querschnitt zu messen.
Wiederum andere Meßvorrichtungen sind dazu bestimmt, Profile zu messen, also die Form von Flächen und die typische Vorrichtung dieser Art verwendet in gleicher Weise einen Meßfühler. Statt jedoch den Gegenstand zu berühren, eine Messung zu registrieren, sich dann zurückzuziehen und zu einer anderen Stelle zu bewegen, bewegt sich der Meßfühler tatsächlich über die Oberfläche und bleibt währenddessen mit ihr in Berührung. Die Vorrichtung mißt die Verschiebung des Meßfühlers von einer geraden Linie, während sich der Meßfühler über die Oberfläche bewegt und verstärkt diese Verschiebungen, um auf diese Weise eine Aufzeichnung herzustellen, aus der die wahre Form der Oberfläche abgeleitet werden kann. Bei der typischen Oberflächenmeßvorrichtung muß das Teil auf der Vorrichtung für jede Fläche oder jedes Profil, das oder die zu messen ist, wiederum in Stellung gebracht werden.
Die DE-A-3 540 649 offenbart eine Vorrichtung zum Messen einer Profilform zylindrischer Oberflächen, bei der jede Fläche mit einem Meßsensor im Eingriff ist und es wird eine axiale Bewegung des Sensors relativ zur Fläche durchgeführt, wobei ein Computer die Signale von den Sensoren verarbeitet, um die Durchmesserwerte abzuleiten.
Viele Präzisisonsteile besitzen eine Form mit einem im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt und typisch für diese Teile sind die Bestandteile eines Kegelrollenlagers, also der konische Innenlaufring, der Napf oder Außenlaufring und die kegelförmigen Rollen. In bezug auf den inneren und den äußeren Laufring sind der Durchmesser und die Neigung der kegelförmigen Laufflächen wichtig. Darüber hinaus sollten die Stirnflächen dieser Bauteile in bezug auf ihre Achsen rechtwinklig sein. Die Profile der Laufflächen sind ebenfalls von Bedeutung. Alle diese Lagerflächen müssen sehr genau und schnell gemessen werden; zur Zeit vorhandene Koordinaten- und Profilmeßvorrichtungen weisen diese Fähigkeit jedoch nicht auf. Zur Zeit werden in der Tat zum Messen der Genauigkeit eines einzigen Kegelrollenlagers mehrere Messungen benötigt, von denen jede auf einer unterschiedlichen Fläche des Lagers durchgeführt wird. Allein das Durchführen dieser Messungen und der Bezugsmessungen, mit denen die Messungen verglichen werden sollen, benötigt eine erhebliche Mühe und einen großen Aufwand.
Die Erfindung ist in den Ansprüchen dargelegt und insbesondere in den voneinander unabhängigen Ansprüchen 1, 24 und 28.
Die beigefügten Zeichnungen bilden einen Teil der Beschreibung und in ihnen beziehen sich gleiche Bezugsziffern oder Bezugsbuchstaben auf gleiche Teile, wo immer sie auftreten. Es zeigen:
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Zylinderkoordinaten-Meßvorrichtung nach der Erfindung;
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht, die einen im Querschnitt kreisrunden Gegenstand zeigt, der auf einer Hubvorrichtung der Meßvorrichtung liegt, während die Meßfühlerarme der drei Meßköpfe gegen die Seitenfläche des Gegenstandes anliegen, um von dieser Seitenfläche eine Messung abzunehmen;
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht eines Bezugszylinders, von dem die Eichung der Vorrichtung herstammt;
Fig. 4 ist eine Schnittansicht längs der Linie 4-4 in Fig. 1, wobei die Fördereinrichtung dargestellt ist sowie die Platte der Hubvorrichtung, die Zuführvorrichtung, die Entnahmevorrichtung und die Tragvorrichtung;
Fig. 5 ist eine Schnittansicht längs der Linie 5-5 in Fig. 4 und stellt eine lineare Kodiereinrichtung für die Zuführvorrichtung dar;
Fig. 6 ist eine Schnittansicht längs der Linie 6-6 in Fig. 4 und zeigt die Gleitschiene und den Servomotor für die Zuführvorrichtung;
Fig. 7 ist eine Schnittansicht längs der Linie 7-7 in Fig. 4 und zeigt die Hubvorrichtung;
Fig. 8 ist eine Schnittansicht der Hubvorrichtung längs der Linie 8-8 in Fig. 7;
Fig. 9 ist eine Schnittansicht der Hubvorrichtung längs der Linie 9-9 in Fig. 7;
Fig. 10 ist eine Seitenansicht der Klemmvorrichtung längs der Linie 10-10 in Fig. 1;
Fig. 11 ist eine Draufsicht längs der Linie 11-11 in Fig. 1, die sowohl die Klemmvorrichtung als auch die drei Meßköpfe zeigt;
Fig. 12 ist eine Schnittansicht von einem der Meßköpfe längs der Linie 12-12 in Fig. 11;
Fig. 13 ist eine quer verlaufende Schnittansicht des Meßkopfes längs der Linie 13-13 in Fig. 12;
Fig. 14 ist eine Schnittansicht des Meßfühlers für einen der Meßköpfe;
Fig. 15 ist eine schematische Ansicht, die ein Keelrollenlager im Schnitt darstellt sowie eine Meßfühler-Spitze in verschiedenen Stellungen, in denen Messungen vorgenommen werden;
Fig. 16 zeigt typische graphische Darstellungen, die von Messungen stammen, die mit der Vorrichtung vorgenommen worden sind;
Fig. 17 ist eine Serie von schematischen Darstellungen, die verschiedene Abtastungen darstellt, zu denen die Vorrichtung in der Lage ist.
In Fig. 1 der Zeichnungen ist eine Meßvorrichtung A dargestellt, die in idealer Weise zum Bestimmen verschiedener Abmessungen, Formen und Richtungen von Flächen an Gegenständen allgemein kreisförmigen Querschnittes geeignet ist und zwar alles mit einem sehr hohen Genauigkeitsgrad. Unter den Messungen, die die Vorrichtung A durchführen kann, sind der Durchmesser des Gegenstandes, sein axiales und Umfangsprofil, die Richtung seiner Stirnflächen in bezug auf seine Achse sowie die Neigung der kreisrunden Fläche, wenn eine solche vorhanden ist. Die Vorrichtung A benötigt nur einen Bezugszylinder B (Fig. 3), der zur Eichung dient und dieser Zylinder dient auch als Bezugsgegenstand für jeden Gegenstand, der gemessen werden soll und zwar unabhängig von der Größe und von der Form dieses Gegenstandes. Der Bezugszylinder B verbleibt in der Vorrichtung A, wenn diese nicht benutzt wird. Für ihre Steuerung und für schnelle Rechnungen besitzt die Vorrichtung A einen eigenen Computer C und mit dem Computer C ist eine Tastatur K verbunden, mit deren Hilfe Befehle und Informationen in den Computer C eingegeben werden können. Die aktuellen, numerischen Messungen, die mit der Vorrichtung A durchgeführt werden, werden auf der Vorrichtung selbst mit Hilfe einer Elektronenstrahlröhre (CRT) T angezeigt, die mit dem Computer verbunden ist.
Typisch für diejenigen Oberflächenformen, die mit der Vorrichtung A am besten gemessen werden können, sind diejenigen, die am Gegenstand oder an dem Teil D (Fig. 2) vorhanden sind. Dieser Gegenstand ist ein hohler, kegelstumpfförmiger Konus mit einer geneigten Außenfläche 2, einer zylindrischen Innenfläche 4, ebenen Stirnflächen 6 und 8 und natürlich mit einer Achse X, die zu den Stirnflächen 6 und 8 senkrecht steht.
Die Vorrichtung A umfaßt einen Rahmen 10 (Fig. 1), der auf einer Tragfläche aufliegt, zum Beispiel auf dem Fußboden, und der auf die eine odere andere Weise verschiedene Bauteile trägt, die zum Messen des Teiles D dann zusammenwirken, wenn sich dieses Teil in der Vorrichtung A befindet und zwar dann, wenn es längs einer Meßachse Z angeordnet ist, die vertikal durch die Vorrichtung A hindurchgeht. Unter diesen Bauteilen befindet sich eine Fördereinrichtung 12, auf der das Teil D angeordnet wird, bevor es gemessen wird und von der es dann abgenommen wird, wenn die Messungen durchgeführt worden sind. Unter den Bauteilen befindet sich ferner eine Zuführvorrichtung 14, die ein Teil von der Fördereinrichtung 12 abzieht und es längs der Meßachse Z so anordnet, daß die Achse X des Teiles D und die Achse Z der Vorrichtung A mit einer vertretbaren Toleranz zusammenfallen. Darüber hinaus trägt der Rahmen 10 eine Hubvorrichtung 16 (Fig. 7), auf die die Zuführvorrichtung 14 das Teil D aufbringt und während das Teil D sich auf der Hubvorrichtung 16 befindet, werden die Messungen jeweils an ihm durchgeführt. Die Hubvorrichtung 16 bewegt das Teil D meistens längs der Meßachse Z, wenn die Messungen durchgeführt werden und abhängig davon, was gerade gemessen werden soll, kann sie das Teil D auch um die Meßachse Z drehen. Um das Teil D in einer festen Stellung auf der Hubvorrichtung 16 zu halten, liegt gegen die obere Stirnfläche 6 des Teiles D eine Klemmvorrichtung 18 an. Einige der Messungen werden von drei Meßköpfen 20 abgeleitet, die um die Meßachse Z herum angeordnet sind. Der Bezugszylinder B, von dem die Vorrichtung A ihre Eichung ableitet, ist innerhalb der Vorrichtung A angeordnet und wird durch eine Tragvorrichtung 22 (Fig. 4) auf die Hubvorrichtung 16 zu und von ihr wegbewegt. Die Vorrichtung A hat ferner eine Entnahmevorrichtung 24 (Fig. 4), die ein Teil D von der Hubvorrichtung 16 dann entfernt, wenn die Messungen beendet sind und die das Teil D zur Fördereinrichtung 12 zurückbringt. Der Rahmen 10 trägt schließlich noch den Computer C, der ein weiteres Bauteil darstellt, das zum Durchführen der Messungen mit den anderen Bauteilen zusammenwirkt und trägt in ähnlicher Weise die Tastatur K und den CRT T.
Der Rahmen 10 weist zwei Ebenen auf, nämlich die Zuführebene 32 und die Meßebene 34, wobei die letztgenannte sich oberhalb der erstgenannten befindet (Fig. 1). Die beiden Ebenen 32 und 34 sind fest miteinander verbunden, gegenüber dem Rahmen 10 sind sie jedoch durch Vibrationsdämpfer isoliert. Die Zuführebene 32 hat eine kreisrunde Öffnung 36 (Fig. 4), die für die Hubvorrichtung 16 offen ist und durch die sich diese Vorrichtung auch oft erstreckt, während die Meßebene 34 eine kreisrunde Öffnung 38 aufweist (Fig. 11). Die beiden Öffnungen 36 und 38 sind längs der Meßachse Z ausgerichet. Jede der Öffnungen 36 und 38 ist groß genug, um das größte Teil D aufzunehmen, das von der Vorrichtung A gemessen werden kann. Die drei Meßköpfe 20 sind in gleichen Winkelabständen an der Meßebene 34 befestigt, also in Winkelabständen von jeweils 120º, um die Öffnung 38 herum, wohingegen die Klemmvorrichtung 18 im allgemeinen oberhalb der Öffnung 38 an der Meßebene 34 angebracht ist. Andererseits werden die Zuführvorrichtung 14, die Hubvorrichtung 16, die Tragvorrichtung 22 und die Entnahmevorrichtung 24 durch die Zuführebene 32 getragen. Die Fördereinrichtung 12 ist an der Vorderseite des Rahmens 10 angebracht. Darüber hinaus weist der Rahmen 10 eine Brücke 42 auf, die sich über die Meßebene 34 erstreckt und die Tastatur K und das CRT T ebenso wie ein Gehäuse E trägt, das seinerseits den Computer C und die Schalttafeln enthält.
Die Fördereinrichtung 12 erstreckt sich quer über die gesamte Vorderseite des Rahmens 10, an dem sie angebracht ist und hat ein Zuführende, das an einer Seite des Rahmens 10 angeordnet ist und ein Entnahmeende, das an der anderen Seite angeordnet ist. Zwischen ihren beiden Enden hat die Fördereinrichtung 12 einen Vibrationsteppich 44 sowie Seitenwände 46, die an den Seiten des Teppichs 44 nach oben ragen. Die Haarseite des Teppichs 44 ist in Richtung auf das Entnahmeende vorgespannt, so daß ein Teil D dann, wenn es mit seiner Stirnfläche 8 am Zuführende der Fördereinrichtung auf den Teppich 44 gelegt wird, auf das Entnahmeende zu wandert. In der Mitte zwischen den Enden der Fördereinrichtung 12 ist der Teppich 44 unterbrochen und die Seitenwände 46 sind weggeschnitten, um die Zuführvorrichtung 14 aufzunehmen, die das Teil D anhält, vom Vibrationsteppich 44 entfernt und es über die Zuführebene 32 zur Meßachse Z zieht. Während das Teil D längs der Meßachse Z angeordnet ist, werden die Messungen an seinen Flächen 2, 4, 6 und 8 durchgeführt.
Die Zuführvorrichtung 14 (Fig. 4 bis 6) für die meisten Teile liegt in dem Raum zwischen den beiden Ebenen 32 und 34 und hat ein Basisteil 50, das fest an der Zuführebene 32 angebracht ist. An dem Basisteil 50 (Fig. 6) befindet sich eine Gleitführung 52, die senkrecht zur Längsachse der Fördereinrichtung 12 ausgerichtet ist und die Gleitführung 32 wiederum führt ein Gleitteil 54, das sich längs der Gleitführung 52 mit einem geringen Reibungswiderstand bewegen kann, wobei es weder eine seitliche noch eine vertikale freie Bewegungsmöglichkeit hat. Das Gleitteil 54 ist an einer endlosen Kette 56 angebracht, die um Kettenräder 58 herum verläuft, die ihrerseits an der Seite des Gleitteils 54 an der Zuführebene 32 befestigt sind. Eines dieser Kettenräder 58 ist wiederum über einen Synchronriemenantrieb 62 mit einem reversierbaren Servomotor 60 verbunden. Auf diese Weise bewegt der Motor 60 das Gleitteil 54 auf einer Seite der Hubvorrichtung 16 senkrecht zur Fördereinrichtung 12.
Diese Bewegung des Gleitteils 54 wird mit beträchtlicher Genauigkeit durch eine Linear-Kodiervorrichtung 64 (Fig. 4, 5) angezeigt, die in erster Linie aus einer Glasskala 66 besteht, die an der Zuführebene 32 angebracht ist sowie aus einem Meßwandler 68, der durch das Gleitteil 54 getragen wird und die Skala 66 abliest. Tatsächlich ist die Skala 66 vom Gleitteil 54 etwas abgesetzt und liegt längs einer radialen Linie, die von der Meßachse Z ausgeht und zur Fördereinrichtung 12 senkrecht steht. Der Meßwandler 68 bewegt sich dann längs der Skala 66, wenn das Gleitteil 54 sich auf der Gleitführung 52 bewegt, wobei er am Gleitteil 54 durch einen sich seitlich erstreckenden Arm 69 (Fig. 4) angebracht ist. Die Skala 66 hat eine ebene Oberfläche, die sich parallel zur Gleitführung 52 erstreckt und auf dieser Oberfläche befindet sich ein Gitterwerk 70, das aus nahe beieinanderliegenden, vertikalen Linien besteht. Der Abstand des Gitterwerkes 70 kann so fein sein, daß einhundert Linien auf einen Millimeter kommen, so daß der Abstand von Linie zu Linie 10 um beträgt. In diesem Fall ist die Breite jeder Linie etwa 5 um während der freie Raum zwischen aufeinanderfolgenden Linien etwa 5 um beträgt. Der Meßwandler 68 enthält eine Lampe, die einen Lichtstrahl auf das Gitterwerk 70 aussendet, sowie einen Fotodetektor, der die Unterbrechungen des Strahles mißt.
Diese Unterbrechungen treten dann auf, wenn der Meßwandler 68 sich längs der Skala 66 bewegt und durch das Zählen der Unterbrechungen ist es möglich, die Verschiebung des Gleitteiles 54 innerhalb von 10 um festzustellen. Der Meßwandler 68 ist mit dem Computer C verbunden und versieht den Computer C auf diese Weise mit den Signalen zum Feststellen der Stellung des Gleitteiles 54 mit einer genügenden Genauigkeit zum Zuführen eines Teiles.
Kodiervorrichtungen mit einer linearen Glasskala, die als Kodiervorrichtung 64 verwendet werden können, sind von der Heidenhain-Corporation of Elk-Groove Village, Illinois, und von anderen Herstellern erhältlich.
Der Servomotor 60, der durch den Computer C gesteuert wird, bewegt das Gleitteil 54 zwischen einer vorgeschobenen und einer zurückgezogenen Stellung. Wenn das Gleitteil 54 sich in seiner vorgeschobenen Stellung befindet, dann erstreckt es sich zwischen dem stromaufwärtigen und den stromabwärtigen Abschnitt des Vibrationsteppich 44 der Fördereinrichtung 12, wobei seine Oberseite mit diesem Teppich 44 in einer Ebene liegt. An seinem äußeren Ende ist das Gleitteil 54 mit einem Zuführkopf 72 versehen (Fig. 4), der so ausgebildet ist, daß er das im Querschnitt kreisrunde Teil D anhält, das sich längs des Teppichs 44 bewegt und daß er das Teil D dann mit der Meßachse Z ausrichtet, wenn das Gleitteil 54 zurückgezogen wird. Zu diesem Zweck hat der Zuführkopf 72 einen Anschlag 74 und ein Paar von Antriebsstangen 76, die in Bezug aufeinander einen Winkel einschließen, wobei der Scheitel dieses Winkels zwischen den beiden Antriebsstangen mit der radialen Linie ausgerichtet ist, auf der die Skala 66 der Kodiervorrichtung 64 liegt. Wenn das Gleitteil 54 sich in seiner vorgeschobenen Stellung befindet, dann liegen die beiden im Winkel zueinander angeordneten Antriebsstangen 76 im allgemeinen jenseits der äußeren Seitenwand 46 der Fördereinrichtung 12, die an dieser Stelle unterbrochen ist, um dem Zuführkopf 72 aufzunehmen. Andererseits erstreckt sich der Anschlag 74 seitlich über den äußeren Teil des Teppichs 44 und endet etwa in der Mitte zwischen den beiden Seitenwänden 46.
Ein im Querschnitt kreisrundes Teil D, das auf das Zuführende des Teppichs 44 so aufgelegt worden ist, daß seine untere Stirnfläche 8 gegen den Teppich 44 anliegt, schreitet unter der Vibrationswirkung des Teppichs 44 solange fort, bis es gegen den Anschlag 74 des Zuführkopfes 72 anschlägt. Wenn der Servomotor 60 der Zuführvorrichtung 14 danach mit Strom versorgt wird, dann bewegt er das Gleitteil 54 nach innen auf seine zurückgezogene Stellung zu. Wenn sich das Gleitteil 54 aus seiner vorgeschobenen Stellung wegbewegt, dann erfaßt sein Zuführkopf 72 das im Querschnitt kreisrunde Teil D zwischen den beiden im Winkel angeordneten Antriebsstangen 76 und zentriert es seitlich in bezug auf die Meßachse Z. Das Teil D gleitet über den Vibrationsteppich 44, quer über die Zuführebene 32 auf die Hubvorrichtung 16, die in der Öffnung 36 eine Tragfläche darbietet. Die Kodiervorrichtung 64 zeigt die Bewegung des Teiles D an und der Computer C hält den Motor 60 dann an, wenn die Achse X des Teiles D mit der Meßachse Z zusammenfällt. In diesem Zusammenhang wird der bearbeitete Durchmesser des Teiles D in den Computer C eingegeben, so daß der Computer C in der Lage ist, die Strecke zu berechnen, um die das Gleitteil 54 zurückgezogen werden muß, um die Achse X des Teiles D mit der Meßachse Z in Ausrichtung zu bringen. Tatsächlich brauchen die beiden Achsen X und Z nicht genau ausgerichtet zu werden, da ein Versatz von einigen tausendstel Millimetern zu erwarten ist und toleriert werden kann.
Die Zuführvorrichtung 14 dient dazu, das Teil D von der Fördereinrichtung 12 zur Hubvorrichtung 16 zu überführen, die an der Zuführebene 32 im wesentlichen unterhalb der Öffnung 36 in dieser Ebene angebracht ist. Die Hubvorrichtung 16 (Fig. 7 bis 9) umfaßt ein Gehäuseteil 80, das an der Unterseite der Zuführebene 32 rund um die Öffnung 38 herum angebracht ist und hat an sich eine Gleitführung 82 (Fig. 9), die zur Meßachse Z parallel verläuft und demzufolge senkrecht zur Zuführebene 32. Die Gleitführung 82 wiederum führt ein Gleitteil 84, das in der Lage ist, sich längs der Gleitführung 82 vertikal und parallel zur Meßachse Z zu bewegen, wobei eine freie, seitliche Bewegung vollständig ausgeschlossen ist. An seinem oberen Ende trägt das Gleitteil 84 einen Drehtisch 86 (Fig. 2, 7 und 8), der eine nach oben gerichtete, kreisrunde Platte 88 hat, deren Durchmesser nur geringfügig kleiner ist als der der Öffnung 36 in der Zuführebene 32. Wenn das Teil D von der Fördereinrichtung 12 weggezogen wird, dann füllt die kreisrunde Platte 88 tatsächlich die Öffnung 36 aus, wobei ihre Oberfläche mit der Oberfläche der Zuführebene bündig ist; unabhängig von der Stellung des Gleitteils 84 längs der Gleitführung 82 fallen der Drehmittelpunkt des Drehtisches 86 und die Mitte von seiner kreisrunden Platte 88 mit der Meßachse Z zusammen. Die Platte 88 hat drei radial gerichtete Schlitze 89 (Fig. 2, 4), die von der Meßachse Z ausgehen und die Winkelabstände von 120º voneinander haben.
Um das Gleitteil 84 auf der Gleitführung 82 nach oben und unten zu bewegen, ist das Gehäuseteil 80 mit einer Antriebsspindel 90 (Fig. 7 bis 9) versehen, die sich parallel zur Gleitführung 82 erstreckt und deren Enden in reibungsarmen Lagern 92 gelagert sind, von denen wenigstens einige in der Lage sind, Druckbelastungen in beiden Richtungen ebenso aufzunehmen wie radiale Belastungen. Für diesen Zweck sind zwei Kegelrollenlager geeignet, die seitenverkehrt zueinander eingebaut sind. Die Antriebsspindel 90, die eine glatte äußere Oberfläche hat, erstreckt sich im wesentlichen längs der gesamten Länge des Gehäuseteils 80 und ihr unteres Ende ist über einen Synchronriemen und eine Riemenscheibe 96 mit einem Servomotor 94 gekoppelt. Der Servomotor 94 ist am Gehäuseteil 80 befestigt und er ist reversibel, wobei sein Betrieb von dem Computer C gesteuert wird.
Die Antriebsspindel 90 ist mit dem Gleitteil 84 über einen von zwei Reibungsantrieben 97 verbunden (Fig. 7 bis 9). Jeder Reibungsantrieb 97 umfaßt einen gespaltenen Folgeblock 98, der am Gleitteil 84 befestigt ist und besitzt eine Bohrung, durch die die Antriebsspindel 90 hindurchgeht. Der Block 98 ist an jedem Ende mit eine Satz von drei Rollen 100 versehen, und dann, wenn der Block 98 eine Antriebskraft überträgt, liegen diese Rollen gegen die zylindrische Seitenfläche der Antriebsspindel 90 an und laufen mit dieser Spindel 90 dann um, wenn diese sich dreht. Die Rollen 100 jedes Satzes sind symmetrisch um die Spindel 90 herum angeordnet, das heißt mit einem Winkelabstand von 120º; ihre Achsen sind zu der der Antriebsspindel 90 jedoch nicht parallel. Die Rollenachsen verlaufen in bezug auf die Spindelachse vielmehr leicht schräg und dies führt dazu, daß sich der Folgeblock 98 dann längs der Spindel 90 bewegt, wenn sich diese Spindel dreht, wobei die Bewegungsrichtung natürlich von der Drehrichtung der Antriebsspindel 90 abhängt. Da die Folgeblöcke 98 mit dem Gleitteil 84 verschraubt sind, bewegt sich dieses Gleitteil in gleicher Weise mit dem Block 98 nach oben und unten und führt dabei den Drehtisch 86 mit sich. Das Gleitteil 84 folgt den Gleitführungen 82 und da diese mit der Meßachse Z parallel verlaufen, gleiten der Mittelpunkt des Drehtisches 86 und seiner Platte 88 in Übereinstimmung mit der Meßachse Z und zwar unabhängig von der Stellung des Gleitteils 84 längs der Gleitführung 82.
Der Winkelversatz oder die Schrägstellung der Rollen 100 des einen Blockes 98 ist größer als der der Rollen 100 des anderen Blockes 98. Die Rollen 100 des oberen Blockes 98 können beispielsweise so geneigt sein, da eine Schrägstellung um 0,812 mm erzielt wird, was bedeutet, daß bei jeder Umdrehung der Spindel 90 der Block 98, der diese Rollen 100 trägt, um 0,812 mm fortschreitet. Demgegenüber können die Rollen 100 des unteren Blockes 98 so angeordnet sein, daß sie eine Schrägstellung um 5,08 mm aufweisen. Darüber hinaus ist jeder Block 98 dadurch, daß er gespalten ist, in zwei Bauteile aufgeteilt. Eine der Rollen 100 jedes Satzes wird von einem dieser Bauteile getragen, während die anderen beiden Rollen auf dem anderen Bauteil umlaufen. Jeder Block 98 trägt eine pneumatische Vorrichtung 101, die dann, wenn sie beaufschlagt wird, die beiden Bauteile des Blockes 98 zusammendrückt und dies führt natürlich dazu, daß die Rollen 100 des Blockes 98 an der Spindel 90 angreifen. Wenn die pneumatische Vorrichtung 101 andererseits nicht mehr beaufschlagt wird, dann trennen sich die Bauteile des betreffenden Blocks 98 voneinander und die Rollen 100 lösen ihren Griff auf die Spindel 90. Dies führt dazu, daß die Spindel 90 durch den Block 98 nur noch hindurchgleitet. Die pneumatische Vorrichtung 101 des einen oder des anderen Blockes 98 ist immer kraftbeaufschlagt, so daß das Gleitteil 84 entweder mit der größeren Geschwindikeit fortschreitet, die ihm durch die Rollen 100 mit der starken Neigung vermittelt wird oder mit der geringeren Geschwindigkeit, die ihm durch die Rollen 100 mit der geringen Neigung vermittelt wird.
Die Firma ZERO-MAX of Minneapolis, Minnesota, verkauft unter der Handelsmarke ROH'LIX eine Reibungskupplung, die mit einer geringen Abwandlung zur Verwendung als Reibungskupplung 97 verwendbar ist. Dieser Antrieb verwendet zum Kraftbeaufschlagen der Bauteile der gespaltenen Blöcke aufeinander zu Federn. Die Abwandlung besteht im wesentlichen darin, daß die pneumatische Vorrichtung 101 die Federn so ersetzt, daß der Antrieb 97 so gesteuert werden kann, daß er entweder aktiv oder inaktiv ist.
Die Reibungsantriebe 97 haben einen sehr geringen toten Gang und sie können auf diese Weise den Drehtisch 86 längs der Meßachse Z mit hoher Genauigkeit in Stellung bringen. Darüber hinaus gleiten sie auf der Spindel 90 dann, wenn sie über lastet sind und auf diese Weise bieten sie einen Schutz vor Teile-Brüchen. Wenn der Drehtisch 86 bei seiner Bewegung längs der Achse Z auf ein Hindernis trifft, das seine weitere Bewegung verhindert, dann wird auf diese Weise das Gleitteil 84 und seine Gleitführung 82 ebenso wenig beschädigt wie der Servomotor 94 und der Antrieb 96.
Das Gleitteil 84 und sein Drehtisch 86 besitzen ein erhebliches Gewicht und um dieses Gewicht auszugleichen ist das Gehäuseteil 80 mit pneumatischen Ausgleichsvorrichtungen 102 (Fig. 7 bis 9) versehen, von denen jede eine Verbindungsstange hat, die am Gleitteil 84 angebracht ist. Die Ausgleichsvorrichtungen 102 wirken 50, daß sie das Gleitteil 84 in einem im wesentlichen gewichtslosen Zustand halten, so daß die Antriebsspindel 90, die durch die geneigten Rollen 100 wirkt, für einen Reibungsantrieb 97 eine sehr kleine Kraft ausübt, um das Gleitteil 84 entweder nach oben oder nach unten zu bewegen. Zur Verwendung für eine solche Ausgleichsvorrichtung 102 ist ein AIRPOT-Stellglied geeignet, das von der AIRPOT-Corporation of Norwalk, Connecticut, verkauft wird.
Der Servomotor 94, der das Gleitteil 84 und seinen Drehtisch 86 bewegt, wird vom Computer C gesteuert und um den Computer C in die Lage zu versetzen, die Stellung des Drehtisches 86 anzuzeigen, ist die Hubvorrichtung 16 mit ihrer eigenen Linear-Kodiervorrichtung 104 (Fig. 8) versehen. Wie die Kodiervorrichtung 64 umfaßt die Kodiervorrichtung 104 eine Glaskala 106 mit einem Gitterwerk 108 darauf sowie einen Meßwandler 110, der so wirkt, daß er das Gitterwerk 108 abliest. Die Skala 106 ist am Gleitteil 84 so angebracht, daß die Fläche, die das Gitterwerk 108 trägt, parallel sowohl zur Gleitführung 180 als auch zur Meßachse Z verläuft. Andererseits ist der Meßwandler 110 am Gehäuseteil 80 dort befestigt, wo die Skala 106 dann vorbei läuft, wenn sich das Gleitteil 84 bewegt. Der Meßwandler 110 ist mit dem Computer C verbunden. Der Abstand der Linien des Gitterwerkes 108 auf der Skala 106 kann beispielsweise 10 um betragen; durch Verwendung eines Stromweges dazu, das Gitterwerk 108 zu unterteilen, kann die vertikale Stellung des Drehtisches 86 auf weniger als 0.025 um aufgelöst werden.
Der Drehtisch 86 enthält seinen eigenen Servomotor 112 (Fig. 7), der die Platte 88 des Drehtisches 86 so antreibt, daß diese Platte sich um die Meßachse Z dreht und dieser Motor 112 ist darüber hinaus mit dem Computer C verbunden und wird von ihm gesteuert. Der Computer C zeigt darüber hinaus die Winkelstellung der Platte 88 über eine Dreh-Kodiervorrichtung 114 an, die ihrerseits eine kreisförmige Glasskala 116 mit einem Gitterwerk und einem Meßwandler 120 umfaßt, der so wirkt, daß er das Gitterwerk auf der Skala 116 abliest. Die kreisrunde Skala 116 ist an der Platte 88 so angebracht, daß ihre Mitte auf der Meßachse Z liegt, während der Meßwandler 120 sich in bezug auf das Gleitteil 84 in einer festgelegten Stellung befindet. Der Drehtisch 86 ist einschließlich seines Motors 112, der kreisförmigen Glasskala 116 und des Meßwandlers 120 als Einheit erhältlich, wie sie beispielsweise von der Anorad-Corporation of Haupauge, New York, als Drehtisch unter der Handelsmarke ANOROUND verkauft wird.
Die kreisrunde Platte 88 des Drehtisches 86 nimmt das im Querschnitt kreisrunde und zu messende Teil D auf und trägt dieses Teil, wobei dessen ebene Stirnfläche 8 an der Platte 88 anliegt und wobei seine Achse X mit der Meßachse Z im wesentlichen zusammenfällt. Der Motor 94 wird in der Tat bei praktisch jedem im Querschnitt kreisförmigen Teil D mit Storm versorgt, um den Drehtisch 86 nach oben und unten zu bewegen und dies macht es möglich, Messungen in vielen Höhen längs des Teiles D durchzuführen. Darüber hinaus kann der Motor 112 mit Strom versorgt werden, um die Platte 88 zu drehen und dies macht es möglich, daß weitere Messungen durchgeführt werden. Wenn die Messungen abgeschlossen sind, dann veranlaßt der Computer C den Servomotor 94 dazu, das Gleitteil so zu stellen, daß die obere Fläche der kreisrunden Platte 88 des Drehtisches 86 wiederum mit der oberen Fläche der Zuführebene 32 bündig ist. Dies macht es möglich, daß die Entnahmevorrichtung 24 das vermessene Teil D von der Platte 88 entfernt und es auf die Fördereinrichtung 12 zurückbringt.
Die Klemmvorrichtung 18 (Fig. 10 und 11) hält das kreisrunde Teil D gegen die kreisförmige Platte 88 des Drehtisches fest, während die drei Meßköpfe 20 mehrere Messungen ausführen. Obwohl die Vorrichtung 18 auf das Teil D eine nach unten gerichtete Kraft ausübt, hindert sie die Hubvorrichtung 16 doch nicht daran, das Teil D nach oben und unten zu bewegen und sie hindert die Hubvorrichtung 16 auch nicht daran, das Teil D zu drehen. Die Klemmvorrichtung 18 umfaßt drei zylindrische Stangen 130, die mit ihren unteren Enden rund um die kreisrunde Öffnung 38 an der Meßebene befestigt sind, wobei jede Stange 130 zentral zwischen einem Paar von Meßköpfen 20 liegt. Die Stangen 130 erheben sich vertikal über die Meßköpfe 20 und ihre oberen Enden sind an einer Montageplatte 132 befestigt, so daß sie auf diese Weise die Platte 132 in einer angehobenen Stellung oberhalb der Meßebene 34 tragen. Die Montageplatte 132 wiederum dient zur Befestigung eines doppelt wirkenden, pneumatischen Zylinders 134, dessen unteres Ende fest an der Platte 132 angebracht ist, wobei seine Achse mit der Meßachse Z zusammenfällt. Im Zylinder 134 sitzt eine Kolbenstange 136, die sich durch die Platte 132 hindurch nach unten erstreckt und zwar in gleicher Weise längs der Meßachse Z; an dem unteren Ende der Stange 136 ist ein waagerecht verlaufendes Armkreuz 138 angebracht, das mit drei Armen versehen ist, die sich radial in Richtung auf die vertikalen Stangen 130 erstrecken. Druckluft, die dem Zylinder 134 zugeführt wird, führt auf diese Weise dazu, daß das Armkreuz 138 längs der Meßachse Z nach oben oder unten bewegt wird. Jeder Arm des Armkreuzes 138 ist mit zwei lose eingepaßten Stiften 140 versehen, die mit ihren unteren Enden in Klemmteile 142 eingeschraubt sind. Während die Stifte 140 aufgrund ihrer losen Einpassung in der Lage sind, im Armkreuz 138 nach oben oder unten zu gleiten, haben sie an ihren oberen Enden Köpfe, die sie und die Klemmteile 142, die sie tragen, daran zu hindern, vom Armkreuz 138 abzufallen. In der Tat ist jeder Stift 140 von einer Schraubendruckfeder 144 umgeben, die das Klemmteil 142, an dem sie angebrcht ist, vom Armkreuz 138 weg nach unten drückt. Die drei Klemmteile 142 sind mit den drei Stangen 130 in dem Sinne ausgerichtet, daß sie hauptsächlich direkt innerhalb der Stangen 130 angeordnet sind und jedes Klemmteil hat an seiner Außenkante eine Hülse 146, durch die hindurch sich diejenige Stange 130, mit der das Klemmteil ausgerichtet ist, erstreckt. Die Hülsen 146 enthalten Kugellaufbuchsen, die den Stangen 130 so folgen, daß diese Stangen die Klemmteile 142 in vertikaler Richtung führen. Jedes Klemmteil 142 ist an seinem unteren Ende mit einer Klemmrolle 150 versehen, die um eine horizontale Achse drehbar ist und in der Tat überschneiden sich alle drei Rollenachsen an einem gemeinsamen Punkt, der sich auf der Meßachse Z befindet.
Zu Anfang ist die Kolbenstange 136 des pneumatischen Zylinders 134 zurückgezogen; wenn jedoch die Zuführvorrichtung 14 ein kreisrundes Teil D auf die Platte 88 der Hubvorrichtung 16 bringt, dann wird in den Zylinder 134 Druckluft eingeleitet, was dazu führt, daß sich die Kolbenstange 134 vorschiebt und dabei das Armkreuz 138 absenkt. Wenn sich dieses Armkreuz nach unten bewegt, dann folgen die Klemmteile 142 den vertikalen Stangen 130 solange, bis die Klemmrollen 150 an der oberen Stirnfläche 6 des Teiles D anliegen. Der Zylinder 134 fährt damit fort, die Kolbenstange 136 vorzuschieben und als Folge davon gleiten die Stifte 140 durch das sich nach unten bewegende Armkreuz 138, während sich die Federn 144 zwischen den Klemmteilen 142 und dem Armkreuz 138 zusammendrücken. Tatsächlich wird die Kolbenstange 136 so weit vorgeschoben, bis sich innerhalb des Zylinders 134 ein vorbestimmter Druck entwickelt und dieser Druck widersteht der gesammelten Kraft, die durch die zusammengedrückten Federn 144 auf das Teil D ausgeübt wird. Dies ist natürlich diejenige Kraft, die die Rollen 150 auf das Teil D aufbringen, um es gegenüber der Platte 88 der Hubvorrichtung 16 feszuhalten.
Die drei Meßköpfe 20 sind um die kreisrunde Öffnung 38 in der Meßebene 34 angeordnet und führen ihre Messungen längs drei verschiedenen Meßradien RO, R120 und R240 durch, die alle von der Meßachse Z ausgehen (Fig. 2 und 11). Tatsächlich sind die Meßköpfe 20 so angeordnet, daß die Meßradien RO, R120 und R240 symmetrisch um die Meßachse Z mit einem Winkelabstand von 120º verteilt sind und ferner so, daß die Klemmteile 142 der Klemmvorrichtung 18 mit den offenen Räumen zwischen den drei Meßköpfen 20 ausgerichtet sind. Auf diese Weise überschneiden sich weder die Klemmteile 142 noch deren Klemmrollen 150 mit den Meßköpfen 20 dann, wenn sie ihre Messungen längs der drei Radien RO, R120 und R240 durchführen. Darüber hinaus führt jeder der Meßköpfe 20 seine Messungen in derselben Höhe durch, die geringfügig oberhalb der oberen Fläche der Meßebene 34 liegt. Die Höhe der drei Meßköpfe 20 bleibt dieselbe, da die Hubvorrichtung 16 das Teil D vertikal längs der Meßebene Z bewegt und es auf diese Weise den Meßköpfen 20 ermöglicht, radiale Messungen an verschiedenen Stellen längs der Achse X des Teiles D durchzuführen.
Die drei Meßköpfe 20 sind im wesentlichen gleich, natürlich mit Ausnahme ihrer Anordnung auf der Meßebene 34; jeder Meßkopf (Fig. 12 und 13) umfaßt eine Grundplatte 160, die fest an der Oberseite der Meßebene 34 angebracht ist und hat eine Gleitführung 162, die sich über den gesamten Meßkopf erstreckt, wobei die Gleitführung 162 zu dem besonderen Meßradius r parallel ist, längs dessen der Kopf 20 angeordnet ist. Die Grundplatte 160 trägt ein Gleitteil 164, das sich längs der Gleitführung 162 bewegt und das sich auf diese Weise radial auf die Meßachse Z zu und von ihr fortbewegt. Diese Bewegung wird durch einen reversiblen Servomotor 166 erzeugt, der an der Grundplatte 160 befestigt ist und der über einen Synchronriementrieb 170 mit einer Antriebsstange 168 verbunden ist, die am hinteren Ende des Meßkopfes 20 angeordnet ist, also an demjenigen Ende, das von der kreisrunden Öffnung 38 abgewandt ist. Die Stange 168 hat eine glatte und zylindrische Außenoberfläche und sie ist an ihren Enden in Lagern 172 gelagert, die innerhalb der Grundplatte 160 angeordnet sind, wobei ihre Drehachse zur Gleitführung 162 parallel verläuft. Darüber hinaus sind die Lager 172 am entfernten Ende der Stange 168 in der Lage, sowohl eine Druckbelastung als auch eine radiale Belastung aufzunehmen, ohne dabei irgendwelche Leerlaufbewegungen in axialen Richtung zuzulassen. Zu diesem Zweck sind zwei gegenläufig montierte Kegelrollenlager, die mit einer geringen Vorlast eingestellt sind, für die Lager 172 an dieser Stelle am besten geeignet. Die Antriebsstange 168 ist mit dem Gleitteil 164 über einen Reibungsantrieb 173 gekoppelt, der ähnlich ist wie einer der Reibungsantriebe 97 mit Ausnahme dessen, daß er kein pneumatisches Stellglied hat. Wie dieser, umfaßt der Reibungsantrieb 173 einen gespaltenen Folgeblock 174, der am Gleitteil 164 befestigt ist und eine Bohrung aufweist, durch die die Antriebsstange 168 hindurchgeht. An seinen beiden Enden ist der Block 174 mit drei Rollen 176 versehen, die symmetrisch um die Stange 168 herum angeordnet sind und gegen deren glatte, zylindrische Fläche anliegen. Eine der Rollen 176 jedes Satzes ist an der einen Hälfte des gespaltenen Blockes 174 angebracht, während die übrigen beiden an der anderen Hälfte angebracht sind und die beiden Hälften werden durch Federn zusammengedrückt, was dazu führt, daß alle drei Rollen 176 an der zylindrischen Oberfläche der Stange 168 angreifen. Die Achsen der Rollen 176 sind in bezug auf die Achse der Antriebsstange 168 leicht geneigt und als Folge davon bewegt sich der Block 174 längs der Stange 168 dann, wenn sich diese Stange dreht. Das Gleitteil 164, das am Folgeblock 174 angebracht ist, bewegt sich längs der Gleitführung 162 an der Grundplatte 60, wobei die Bewegungsrichtung von der Drehrichtung der Stange 168 abhängt.
Der Computer zeigt die Stellung des Gleitteils 164 längs des Meßradius r für den Meßkopf 20 an, der in Wirklichkeit dessen Abstand von der Meßachse Z ist und diese Anzeige wird durch eine Linear-Kodiervorrichtung 180 (Fig. 12) erreicht, der ähnlich der Linear-Kodiervorrichtung 104 aufgebaut ist, die die vertikale Stellung des Drehtisches 86 der Hubvorrichtung 16 anzeigt. Die Kodiervorrichtung 180 umfaßt eine Glasskala 182, die nahe der Meßebene 34 am Gleitteil 164 angebracht ist und die mit einem Gitterwerk 184 versehen ist, das im wesentlichen in derselben Höhe angebracht ist, in der der Meßkopf 20 seine radialen Messungen durchführt. Das Gitterwerk 184 besteht aus einer Reihenfolge von eng benachbarten, vertikalen Linien, die in einer Anordnung liegen, die sich parallel zur Gleitführung 162 erstrecken. Zusätzlich umfaßt die Kodiervorrichtung 180 einen Meßwandler 186, der an der Grundplatte 160 längs der Skala 182 angeordnet ist, wo er einen Lichtstrahl auf das Gitterwerk 184 projiziert. Der Meßwandler 186 umfaßt einen Fotodetektor, der die Unterbrechungen mißt, die der Lichtstrahl durch die Linien des Netzwerkes 184 erleidet. Dabei zählt der Meßwandler 186 die Linien des Netzwerkes 184, um auf diese Weise die Stellung des Gleitteiles 164 längs seines Meßradius r zu bestimmen. Der Meßwandler 186 ist ebenso wie der Servomotor 166 mit dem Computer C verbunden.
Die radialen Messungen, die vom Meßkopf 20 durchgeführt werden, werden dadurch bewirkt, daß das Teil D, das auf dem Drehtisch 86 der Hubvorrichtung 16 liegt, tatsächlich berührt wird und diese Berührung tritt an einem Meßfühler 190 auf (Fig. 14), der durch das Gleitteil 164 getragen wird. Der Meßfühler 190 umfaßt einen Hauptkörper 192, der zum größten Teil in einem zylindrischen Gehäuse 194 eingeschlossen ist und der an seinen Enden mit vorderen und hinteren Befestigungsblöcken 196 versehen ist, mit deren Hilfe der Meßfühlerkörper 192 fest am Gleitteil 164 des Meßkopfes 20 befestigt ist. An dem hinteren Befestigungsblock 196 ist der Hauptkörper 192 zylindrisch und mit einem O-Ring versehen, um eine flüssigkeitsdichte Abdichtung gegenüber dem Gehäuse 194 zu erzielen. An seinem vorderen Ende ist der Meßfühlerkörper 192 halbzylindrisch, paßt jedoch mit einem Verschluß 198 von halbzylindrischer Form zusammen. Beide beherbergen einen O-Ring und bewirken eine flüssigkeitsdichte Abdichtung gegenüber dem Gehäuse 194. Der Verschluß 198 ist ferner innerhalb des vorderen Befestigungsblockes 196 eingeschlossen.
Obwohl der Hauptkörper 192 aus einem einzigen Stück Stahl spanabhebend hergestellt worden ist, hat er zwei Abschnitte 200 und 202, wobei der letztgenannte in der Lage ist, sich relativ zum erstgenannten zu bewegen. Tatsächlich ist der Abschnitt 200 an den Befestigungsblöcken 196 befestigt und aus diesem Grunde ist er in seiner Stellung in bezug auf das Gleitteil 164 festgelegt. Er nimmt im wesentlichen die obere Hälfte des zylindrischen Gehäuses 194 ein. Der andere Abschnitt 202, der im allgemeinen die untere Hälfte des Gehäuses 194 einnimmt, erstreckt sich längs der axialen Mittellinie des Gehäuses nach vorne und erstreckt sich in Form einer abgebogenen Spindel 204 über den vorderen Befestigungsblock 196 hinaus. Die beiden Abschnitte 200 und 202 sind längs eines Verbindungsabschnittes oder einer sehr dünnen Biegelinie 206 gelenkig miteinander verbunden, was dazu führt, daß sich der Abschnitt 202 in bezug auf den feststehenden Abschnitt 200 gelenkig verschwenken kann und diese Bewegung führt zu einer leichten, vertikalen Verschiebung der Spindel 204 und zwar insbesondere des vorderen Endes der Spindel 204. Um diese Bewegung zu ermöglichen, besteht zwischen der Spindel 204 und demjenigen Teil des feststehenden Abschnittes 200, der die Spindel überlagert, ein geringer Freiraum 208 und ein weiterer, geringer Freiraum 208 ist zwischen der Spindel 204 und dem Verschluß 198 vorhanden, der unter ihr liegt. Direkt hinter der Biegelinie 206 befindet sich im Hauptkörper 192 ferner ein relativ großer, fast kreisförmiger Ausschnitt 210, um die beiden Abschnitte 200 und 202 voneinander zu trennen und dieser Ausschnitt 210 geht über in einen anderen, schlitzförmigen Freiraum 212, der sich nach hinten bis zum Ende des beweglichen Abschnittes 202 erstreckt. Dieser Freiraum 212 ist jedoch durch eine Erhebung 214 unterbrochen, die vom unteren Teil des beweglichen Abschnittes 202 aus in einen sich nach unten öffnenden Hohlraum 215 im festen Abschnitt 200 vorragt, um die Biegelinie 206 dann zu schützen, wenn auf das Ende der Spindel 204 eine unzulässige Belastung aufgebracht werden sollte; auf diese Weise besteht ein Schutz vor Brüchen.
Der Hauptkörper 162 ist so konstruiert, daß das hintere Ende des beweglichen Abschnittes 202 in Richtung auf den feststehenden Abschnitt 200 vorgespannt ist, es sei denn, daß der bewegliche Abschnitt 202 durch eine entgegenwirkende Kraft vom festen Abschnitt 200 weggedrückt wird. Diese Kraft wird durch eine Schraubendruckfeder 216 bereitgestellt, die zum größten Teil in einer Bohrung 218 im festen Abschnitt 200 liegt, deren unteres Ende jedoch in einer Vertiefung 220 liegt, die sich innerhalb des beweglichen Abschnittes 202 befindet. Die Bohrung 218 enthält auch eine Stellschraube 222, die nach unten gegen die Feder 216 verdreht werden kann, um den Freiraum 212 auf der gesamten Länge des beweglichen Abschnittes 202 aufrecht zu erhalten. Die Spindel 204 kann auf diese Weise nach unten verschoben werden, wobei in diesem Fall die Verschiebungskraft gegen die Druckfeder 216 wirkt oder sie kann nach oben verschoben werden, wobei in diesem Fall die Kraft gegen die natürliche Vorspannung des Stahles wirkt, aus dem der Hauptkörper 192 hergestellt ist. In jedem Fall ist die Bewegung ziemlich begrenzt und eingegrenzt, da der bewegliche Abschnitt 202 entweder am festen Abschnitt 200 oder am umgebenden Gehäuse 194 anschlägt, so daß auf diese Weise ein zusätzlicher Schutz vor Brüchen vorhanden ist.
Um die Bewegung zwischen seinen beiden Abschnitten 200 und 202 zu messen und damit gleichzeitig eine vertikale Verschiebung der Spindel 204 festzustellen, ist der Hauptkörper 192 des Meßfühlers 190 mit einem linearen, veränderlichen Differentialübertrager oder LVDT 224 versehen, der seinerseits eine hohle Spule 226 umfaßt, die in dem festen Abschnitt 200 direkt über dem hinteren Ende des beweglichen Abschnittes 202 angeordnet ist. Der bewegliche Abschnitt 202 ist hier mit einem Kern 228 versehen, der nach oben in das hohle Innere der Spule 226 hineinragt. Jede vertikale Verschiebung der Spindel 204 wird in eine axiale Verschiebung des Kernes 228 in die Spule 226 hinein übertragen und dies führt dazu, daß die Spule 226 ein elektrisches Signal erzeugt, das in einer Schalttafel gemessen wird, an die die Spule 226 angeschlossen ist, wobei sich diese Schalttafeln in dem Gehäuse E befinden. Ein Gerät, das für die Verwendung als LVDT 224 in dem Meßfühler 190 geeignet ist, ist bei der Firma Schaevitz of Pennsauken, New Jersey, erhältlich.
Das Innere des zylindrischen Gehäuses 194 ist mit einem leichtgewichtigen Öl gefüllt, das dazu dient, alle Schwingungen schnell zu dämpfen, die sich im beweglichen Abschnitt 202 des Hauptkörpers 192 dann entwickeln könnten, wenn die Spindel 204 in eine von zwei Richtungen verschoben wird. Die O-Ring-Dichtungen am Ende des Gehäuses 194 dienen dazu, dieses Öl im Gehäuse 194 zurückzuhalten; dem gleichen Zweck dient eine elastomerische Membrandichtung 230, die am vorderen Befestigungsblock 196 sowie an der Spindel 204 anliegt.
Zusätzlich zu dem Hauptkörper 192 und seinem Gehäuse 194 sowie dem LVDT 224 weist der Meßfühler noch einen Meßfühlerarm 232 auf, der an der Spindel 204 des beweglichen Abschnittes 202 des Hauptkörpers 192 angebracht ist und sich von der Spindel aus nach unten auf die Meßebene 34 zu erstreckt. An seinem oberen Ende ist der Meßfühlerarm 232 mit einem Klemmblock 234 versehen, der denjenigen Abschnitt der Spindel 204, der aus dem Gehäuse 194 vorsteht, fest einklemmt. Das untere Ende des Meßfühlerarmes 232 liegt geringfügig oberhalb der Meßebene 34 ungefähr in derselben Höhe wie das Gitterwerk 184 auf der Glasskala 182 der Linear-Kodiervorrichtung 180 des Meßkopfes 20 und hier ist der Meßfühlerarm 232 mit einer Meßspitze 236 versehen, die ihrerseits vordere und hintere Berührungspunkte 238 und 240 hat, die im wesentlichen kleine Kugeln darstellen; diese Kugeln haben normalerweise einen Durchmesser von 0,793 mm, obwohl die Größe und die relative Anordnung von der Meßanwendung abhängt. Während die beiden Berührungspunke 238 und 240 jenseits der Vorder- und Rückseite des Meßfühlerarmes 232 liegen, liegen sie nicht in derselben Höhe; der hintere Berührungspunkt 240 liegt vielmehr geringfügig höher als der vordere Berührungspunkt 238. Der Meßfühler 190 berührt tatsächlich mit diesen Berührungspunkten 238 und 240 das zu messende Teil D. In dieser Beziehung wird der vordere Berührungspunkt 238 zum Messen von kreisrunden Flächen benutzt, die von der Meßachse Z weg zeigen, also der äußeren Flächen, wie zum Beispiel der geneigten Außenfläche 2 des Teiles D (Fig. 2) und ferner zum Messen der nach oben gerichteten Stirnflächen, beispielsweise der Stirnfläche 6. Der hintere Berührungspunkt 240 wird andererseits dazu benutzt, Flächen zu messen, die nach innen, also auf die Meßachse Z zu gerichtet sind, beispielsweise die zylindrische Innenfläche 4 des Teiles D und ferner nach unten gerichtete Flächen, wie zum Beispiel die Stirnfläche 8.
Wenn einer von beiden Berührungspunkte 238 oder 240 gegen eine zu messende Fläche anliegt, dann wird die Meßspitze 236 seitlich abgelenkt, der Meßfühlerarm 232 und die Spindel 204 verschwenken sich jedoch um die Biegelinie 206 des Hauptkörpers 192, was dazu führt, daß sich das hintere Ende des beweglichen Abschnittes 202 in gleicher Weise bewegt, und zwar entweder auf den festen Abschnitt 200 zu oder von ihm weg, entgegen der Federspannung. Unabhängig von der Verschiebungsrichtung verschiebt sich der Kern 228 des LVDT 224 innerhalb der Spule 226, wobei sich ein elektrisches Signal entwickelt, das der Bewegungsrichtung ebenso entspricht wie dem Ausmaß der Verschiebung.
Tatsächlich führt die Verschiebung der Meßspitze 236 dazu, daß der LVDT 224 eine Spannung erzeugt, deren Größe dem Ausmaß der Verschiebung entspricht. Die Linear-Kodiervorrichtung 180 des Meßkopfes 20 dient dabei als Bezugsvorrichtung, mit deren Hilfe der LVDT 224 geeicht wird. Zu diesem Zweck wird die Meßspitze 236 jedes Meßfühlers gegen eine feste Oberfläche angelegt und dann nach innen angetrieben, und zwar mit dem Servomotor 166 desjenigen Meßkopfes 20, in dem der Meßfühler 190 angeordnet ist. Die Verschiebung der Meßspitze 236, die von der Linear-Kodiervorrichtung 180 gemessen worden ist, wird mit der Spannung verglichen, die als Ergebnis von der Verschiebung aus der LVDT 224 abgeleitet wird, so daß auf diese Weise eine Beziehung zwischen diesen beiden hergestellt wird, die so wirkt, daß der LVTD 224 geeicht wird.
Der Servomotor 166 für das Gleitteil 164 und der LVTD 224 für den Meßfühler 190 sind über eine Rückkopplungsschleife elektrisch miteinander so verbunden, daß der Motor 166 danach trachtet, einen der Berührungspunkte 238 oder 240 gegen die zu messende Fläche zu treiben, jedoch nur in einem solchen Ausmaß, daß die Meßspitze 236 um eine vorbestimmte Strecke, nämlich beispielsweise um 0,127 mm, verschoben wird. Da die Linear-Kodiervorrichtung 180 die Stellung des Gleitteiles 164 relativ sowohl zur Meßebene 34 als auch zur Meßachse Z mißt und da der Meßfühler die Stellung der Meßspitze relativ zum Gleitteil 164 mißt, bestimmt der Computer C die jeweilige Stellung der Meßspitze 236 relativ zur Meßachse Z durch ein algebraisches Zusammenzählen der Stellung des Gleitteils 164, die durch eine Ablesung der Kodiervorrichtung 180 gewonnen wird und der Stellung der Meßspitze 236, die durch eine Ablesung des LVDT 224 gewonnen wird. Wenn die Hubvorrichtung 16 die Höhe des Drehtisches 86 verändert, dann bleibt derjenige Berührungspunkt 238 oder 240, der gegen die Oberfläche des Teiles D anliegt, an diesem Teil D daran und kleine Veränderungen in der Profilform werden durch den Differentialübertrager (LVDT) 224 festgestellt, da der bewegliche Abschnitt 202 des Hauptkörpers 192 und der Meßfühlerarm 232 eine relativ geringe Trägheit haben und solchen Veränderungen an der Oberfläche des Teiles D folgen können. Wenn die Abweichung erheblich wird, dann veranlaßt ein Fehlersignal, das über die Rückkopplungsschleife ausgesandt wird, den Motor 166 dazu, das schwerere Gleitteil 164 zu bewegen, wobei die Anordnung so gewählt ist, daß der Motor 166 stets versucht, das Gleitteil 164 in eine solche Stellung zu bringen, daß an der Meßspitze 236 des Meßfühlerarmes 232 eine vorbestimmte Ablenkung besteht.
Da die Meßspitze 236 mit ihren Berührungspunkten 238 und 240 im wesentlichen in derselben Höhe liegt wie das Gitterwerk 184 auf der Glasskala 182, wird der sogenannte ABBE-Fehler oder der ABBE-Versatz klein gehalten und eine Kompensation dafür ist nicht notwendig.
Beim Bestimmen des Radius R und des axialen Profils der Umfangsflächen, wie zum Beispiel der geneigten Außenfläche 2 und der zylindrischen Innenfläche 4 des Teiles D, berühren die Meßspitzen 236 aller drei Meßköpfe 20 das Teil D gleichzeitig längs der jeweiligen Fläche, die zu messen ist und folgen dem Teil D, das mit ihnen in Berührung ist, dann, wenn das Teil D sich unter der Bewegung, die dem Drehtisch 86 vom Motor 94 mitgeteilt wird, längs der Meßachse Z bewegt. In periodischen Abständen, die üblicherweise 0,127 mm betragen, führt jeder Meßkopf 20 eine Ablesung durch, die die radiale Stellung seines Berührungspunktes 238 oder 240 an der Stelle darstellt, an der die Meßspitze 236 jeweils das Teil D berührt und diese Ablesung stellt natürlich die algebraische Summe der Stellung des Gleitteils 164 dar, wie sie durch die Richtung 180 gemessen worden ist und der Ablenkung der Meßspitze 236, wie sie durch den LVDT 224 innerhalb des Meßfühlers 190 selbst gemessen worden ist. An irgendeiner besonderen Stelle, an der längs der Meßachse Z die gleichzeitigen Ablesungen vorgenommen werden, kann der Radius R des Teiles D an dieser Stelle durch den Durchschnitt der Radien ausgedrückt werden, die durch die drei Meßköpfe 20 gemessen werden und dieser Durchschnitt wird durch die folgende Formel dargestellt:
wobei RO, R120 und R240 die verschiedenen Radien sind, die durch die drei Meßköpfe 20 gemessen worden sind.
Noch besser kann der berechnete Radius R, verglichen mit der Stellung seines Mittelpunktes im Koordinatensystem nach den Fig. 2 und 11, aus einem Kreis-Algorithmus abgeleitet werden. Dieser Algorithmus erfordert die Berechnung von zwei Zwischenwerten T1, T2, x und y unter Verwendung der Symbole A1, B1, A2, B2, A3, und B3, wobei:
A1 = RO
B1 = O
A2 = - R120 sin 30º
B2 = - R120 cos 30º
A3 = - R240 sin 30º
B3 = R240 cos 30º
Wenn die Zwischenwerte T1 und T2 bestimmt worden sind, dann ist es mögilch, x und y zu berechnen:
Der Radius R des Best-Fit-Kreises ist:
Tatsächlich stellen x und y den Mittelpunkt des Best-Fit-Kreises in einem kartesischen oder rechtwinkligen Koordinatensystem dar, indem die x- und die y-Achse in einer Ebene liegen, die zur Meßachse Z rechtwinklig steht und die die Meßachse Z tatsächlich schneidet, wobei die x-Achse (die nicht mit der Achse X des Teiles D zu verwechseln ist) mit RO zusammenfällt und die y-Achse gegenüber dem R240 um 30º versetzt ist. Da die Koordinaten x und y des Mittelpunktes bekannt sind, ist es möglich, zu einem Koordinatensystem nach den Fig. 2 und 11 überzugehen, bei dem der Mittelpunkt durch einen Abstand RC von der Meßachse Z und durch einen Winkel θ von der radialen Linie RO bestimmt wird.
Da der Radius R einen Durchschnitt oder den Radius eines Best-Fit-Kreises darstellt und zwar abhängig davon, welche Formel verwendet worden ist, ist er genau, obwohl die Achse X des Teiles D gegenüber der Meßachse Z leicht versetzt ist. Die besondere Höhe, an der jeder Satz von drei gleichzeitigen, radialen Ablesungen druch die Meßköpfe 20 erfolgt, wird durch eine Linear-Kodiervorrichtung 104 für die Hubvorrichtung 16 bestimmt und der Computer C bezieht diese Höhenablesung auf den Durchschnittsradius R, der aus den drei radialen Ablesungen errechnet worden ist. Der errechnete Radius R und die Höhe, an der er besteht, werden im Speicher des Computers C gespeichert.
Tatsächlich kann die besondere Höhe, an der jeder Satz von Ablesungen durchgeführt wird, als ein Datensatz bezeichnet werden. Für jeden Datensatz werden gleichzeitig sieben Ablesungen durchgeführt, nämlich eine Ablesung von jeder der drei Linear-Kodiervorrichtungen 180 der Meßköpfe 20, eine Ablesung von jedem der drei Differential-Übertrager (LVDT) 224 der Meßfühler 190 und eine Ablesung von der Linear-Kodiervorrichtung 104 der Hubvorrichtung 16. Jede Kodiervorrichtung 180, jeder Differentialübertrager 224 und die Kodiervorrichtung 104 werden mit einem getrennten Schaltkreis identifiziert und um gleichzeitige Ablesungen zu bewirken, kann ein Taktsignal verwendet werden, um jeden der sieben Schaltkreise anzuweisen, im selben Moment eine Ablesung vorzunehmen.
Da jeder berechnete Radius R ein Durchschnitt oder der Radius eines Best-Fit-Kreises ist, wird dieser kalkulierte Radius R darüber hinaus durch Ungenauigkeiten in den Lagern längs der Gleitführung 82 der Hubvorrichtugn 16 nicht beeinflußt. In der Tat ist jeder berechnete Radius R genauer als die Lager der Gleitführung 82.
Aus den zahlreichen, berechneten Radien R und der axialen Anordnung von jedem dieser Radien R, die alle im Computer C gespeichert sind, ist es möglich, das axiale Profil der Flächen 2 oder 4 zu bestimmten, längs deren die Ablesungen vorgenommen werden und dieses Profil kann auf dem CRT T des Computers C dargestellt werden oder es kann mit Hilfe von Verfahren, die sehr bekannt sind (Fig. 16a), auf Papier ausgedruckt werden. Auf diese Weise ist es möglich, eine Neigung in den Flächen 2 oder 4 des Teiles D festzustellen sowie konkave oder konvexe Formen oder selbst Welligkeiten.
Darüber hinaus ist es möglich, aus der Nacheinanderfolge von Ablesungen, die durch die Meßköpfe 20 und die Hubvorrichtung 16 durchgeführt werden, festzustellen, ob die Achse X des Teiles D parallel zur Meßachse Z verläuft oder ob sie in bezug auf diese Achse schräg verläuft. Dies würde darauf hindeuten, daß die Stirnfläche 8, mit der das Teil D auf der Platte 88 auf liegt, in bezug auf die Achse X des Teiles nicht rechtwinklig verläuft. Tatsächlich ist es möglich, die Abweichung der Achse X von der Meßachse Z an jeder Stelle längs der Achse Z festzustellen, an der ein Satz von Ablesungen genommen wird, das heißt also an jedem Datensatz. Dies wird dadurch ermöglicht, daß der Mittelpunkt des Best-Fit-Kreises für jeden Satz von Ablesungen errechnet wird. Dies liefert eine Serie von Punkten und die Ortskurve dieser Punkte erzeugt eine Spur, die von der geraden Meßachse Z abweichen kann.
Während die Meßköpfe 20 an jeder aufeinanderfolgenden Stelle längs der Meßachse Z gleichzeitig Ablesungen durchführen, hält die Hubvorrichtung 16 nicht an jeder Stelle an. Anstelle dessen ist ihr Servomotor 94 in dauerndem Betrieb und schiebt das Teil D mit Hilfe des unteren Reibungsantriebs 97 weiter vor, während die Ablesungen vorgenommen werden und ihre Kodiervorrichtung 104 gibt selbstverständlich für jeden Satz der drei, radialen Ablesungen die axiale Stellung an. Die radialen Messungen haben mithin die Form einer Abtastung und als Folge davon benötigt der gesamte Meßvorgang insofern, als der Radius oder die Radien des gemessenen Teiles D und dessen Profil gemeint ist, relativ wenig Zeit. Beispielsweise kann der äußere Radius und das Profil eines Zylinders oder Konus von 25,4 mm Höhe in einem Zeitraum von nicht mehr als zwei Sekunden gemessen und bestimmt werden. Darüber hinaus schließen die zahlreichen Ablesungen statistisch die Bedeutung einer einzigen Ablesung aus, die durch eine winzige Oberflächenabweichung verursacht werden könnte. Insofern, als die Meßspitzen 236 das Teil D tatsächlich berühren und sich über eine seiner Flächen bewegen, haben sie die Tendenz, eine Verunreinigung fortzuschieben und auf diese Weise ist die Vorrichtung A gegen eine Verunreinigung auf der zu messenden Fläche unempfindlicher als Vorrichtungen, bei denen das Berührungs-Meßfühler-System angewendet wird.
Die drei Meßfühler 190 können dazu verwendet werden, zusätzlich zu den axialen Abfragungen, die oben bereits erwähnt worden sind, radiale Abfragungen zu machen. Eine radiale Abfragung würde sich natürlich für Flächen eignen, die sich im wesentlichen radial erstrecken, wie zum Beispiel die Stirnflächen 6 und 8 des Teiles D. Um beispielsweise das Profil der oberen Stirnfläche 6 zu bestimmen, werden die vorderen oder unteren Berührungspunkte 238 der drei Meßfühler 190 mit der Stirnfläche 6 nahe ihres inneren Randes in Berührung gebracht und die Meßspitzen 236 werden dann durch eine Bewegung, die ihnen von den Servomotoren 166 der Meßköpfe 20 verliehen wird, nach außen bewegt. Während sich die Meßspitzen 236 bewegen, wird eine Reihe von Ablesungen durchgeführt. In diesem Beispiel ist die Höhe der Fläche an jeder Stelle, an der eine Meßspitze 236 anliegt, die algebraische Summierung der vertikalen Abweichung der Meßspitze 236 und der axialen Stellung des Drehtisches 86, wie sie durch die Linear-Kodiervorrichtung 104 der Hubvorrichtung 16 gemessen wird. Die radiale Stelle, an der die Höhenmessung durchgeführt wird, wird von einer Linear-Kodiervorrichtung 180 für den Meßkopf 20 erzielt, der die Meßspitze 236 trägt. Der Servomotor 94 für die Hubvorrichtung 16 ist über eine Rückkopplungsschleife mit der Linear-Kodiervorrichtung 104 und mit den Differentialübertragern verbunden und versucht, an den Meßspitzen 236 eine Durchschnitts-Seitenabweichung aufrecht zu erhalten, die im wesentlichen konstant ist. Eine radiale Abfragung der unteren Stirnfläche 8 wird so durchgeführt, daß die Meßspitzen 236 in die Schlitze 89 der Platte 88 eingefahren werden und daß der hintere oder obere Berührungspunkt 240 gegen die Stirnfläche 8 in Anlage gebracht wird. Darauf werden die Meßspitzen 236 in einer Bewegung, die ihnen durch die Servomotoren 166 mitgeteilt wird, radial über die Stirnfläche 8 bewegt und dabei werden mehrere Ablesungen durchgeführt. Aus diesem Ablesungen zusammen mit den radialen Orten, an denen sie durchgeführt worden sind, wird das Profil der Stirnfläche 8 bestimmt. Die radialen Abfragungen können mit einem oder mit allen Meßfühlern 190 durchgeführt werden. Der Computer C speichert die Höhenmessungen und die radialen Orte, an denen sie durchgeführt worden sind und aus dieser Information ist es möglich, eine graphische Darstellung des Profils zu bekommen, und zwar entweder auf dem CRT T oder aus dem Drucker.
Ein einzelner Meßkopf 20 wird dazu benutzt, um die Umfangsform des Teiles D oder ihre Abweichung von der Kreisform zu bestimmen. In diesem Fall wird die Meßspitze 236 eines der Meßfühler 190 solange nach innen vorgeschoben, bis sie mit der Umfangsfläche 2 des Teiles D in Berührung kommt. Danach wird der Motor 112 des Drehtisches 86 mit Strom versorgt, um die kreisrunde Platte 88 und damit auch das Teil D zu drehen, das seinerseits durch die Klemmvorrichtung 18 gegen die Platte 88 gedrückt wird. Die Rollen 150 der Klemmvorrichtung 18 rollen dabei lediglich auf der oberen Stirnfläche 6 des Teiles D ab, wenn sich die Platte 88 und das Teil D drehen. Das Teil D durchläuft nur eine einzige Umdrehung und während es dies tut, folgt die Meßspitze 236 seiner äußeren Fläche 2. Jede Abweichung von einer Kreisform erscheinen in den Messungen, die von der Linear-Kodiervorrichtung 104 und von dem Differentialübertrager 224 durchgeführt werden, die ihrerseits die Meßspitze 236 überwachen. Der Computer C führt Ablesungen in eng beieinanderliegenden Winkelintervallen durch, wobei die Winkelstellung jeder Ablesung von der Dreh-Kodiervorrichtung 114 des Drehtisches 86 bestimmt wird. Der Computer C speichert den gemessenen Radius R und die Winkelstellung O dieses Radius in ihrem Speicher und aus der Aufeinanderfolge der so durchgeführten Messungen kann eine graphische Darstellung des Umfangsprofils erstellt werden. Diese Darstellung kann eine Darstellung auf einem CRT sein oder ein Ausruck auf Papier (Fig. 16b). Durch Drehen des Teiles D mit dem Drehtisch 86 ist es auf diese Weise möglich, festzustellen, ob die Fläche 2 Kreisform hat oder ob sie Abweichungen davon aufweist. Dieselbe Art der Analyse kann längs der Innenfläche 4 durchgeführt werden.
Eng verwandt mit dem Messen von Abweichungen von der runden Form ist die Fähigkeit, das Teil D so zu zentrieren, daß seine Achse X genau mit der Meßachse Z zusammenfällt. Zu diesem Zweck wird das Teil D auf dem Drehtisch 86 gedreht, wobei eine der Meßspitzen 236 an seiner Außenseite 2 anliegt. Der Computer C bestimmt die erhabene Walznarbe und bringt das Teil D dann in eine solche Stellung, daß die erhabene Walznarbe gegenüber der einzigen Meßspitze 236 liegt. Dann wird bei vom Teil D zurückgezogenen Rollen 150 der Klemmvorrichtung 18 der Servomotor 166 für den aktiven Meßfühler 190 so unter Strom gesetzt, daß die Meßspitze 236 vorgeschoben wird und dabei so weit gegen das Teil D drückt, um die erhabene Walznarbe zu eliminieren oder, mit anderen Worten, die Achse X des Telles D mit der Achse Z in Übereinstimmung zu bringen. Danach wird das Teil D auf dem Drehtisch 86 gedreht, um sicherzustellen, daß die erhabene Walznarbe eliminiert worden ist; wenn dies nicht der Fall ist, dann wird der Vorgang wiederholt. Die Fähigkeit zu einer automatischen Zentrierung ist insbesondere beim Zentrieren des Bezugszylinders B in bezug auf die Meßachse Z nützlich. Die Meßfühler 190 und deren Meßspitzen 236 sind so robust, daß es möglich ist, das Teil D und den Bezugszylinder B zu zentrieren, ohne daß die Meßfühler und ihre Spitzen beschädigt würden.
Die Vorrichtung A bestimmt auch die Abweichung von der Ebene bei einer Fläche, die im allgemeinen parallel zur Platte 88 liegt, zum Beispiel die Stirnfläche 6 des Teiles D. In diesem Falle wird der vordere oder untere Berührungspunkt 238 eines einzigen Meßfühlers 190 zur Anlage an die Stirnfläche 6 gebracht und danach wird der Servomotor 112 des Drehtisches 86 unter Strom gesetzt, um das Teil D zu drehen. Die Höhenmessungen werden in Umfangs-Intervallen durchgeführt, wobei diese von Ablesungen abgeleitet werden, die von dem Differentialübertrager LVDT 224 für den Meßfühler 190 und von der Linear-Kodiervorrichtung 104 für die Hubvorrichtung 16 erzielt werden. Die Winkelstellung θ, bei der jede Höhenmessung durchgeführt wird, wird selbstverständlich von der Dreh-Kodiervorrichtung 114 geliefert.
Die Entnahmevorrichtung 24 zum Entnehmen des Teiles D von der Platte 88 der Hubvorrichtung 16 umfaßt einen doppelt wirkenden, pneumatischen Zylinder 250 (Fig. 4), der an der Zuführebene 32 befestigt ist, wobei seine Achse zu dieser Ebene parallel verläuft und in bezug auf die Gleitführung 52 für die Zuführvorrichtung um 45º versetzt ist, wobei die Achse jedoch die Meßachse Z schneidet. Der Zylinder 250 weist einen Plungerkolben 252 auf, der an seinem Ende mit einem Antriebskopf 254 versehen ist, der seinerseits eine V-förmige Stirnfläche hat, die auf die Meßachse Z zu gerichtet ist, wobei der Scheitel des V auf der Achse des pneumatischen Zylinders 250 liegt.
Wenn der pneumatische Zylinder 250 beaufschlagt wird, dann bewegt der Plungerkolben 252 den Antriebskopf 254 über die Platte 88 der Hubvorrichtung 16 und von dort über jenen Teil der Zuführebene 32, der zwischen der Hubvorrichtung 16 und der Fördereinrichtung 12 liegt. Der Kopf 254 stößt dabei gegen das Teil D auf der Platte 88 und verschiebt es in Richtung auf die Fördereinrichtung 12. Das Teil D bewegt sich dabei über die Zuführebene 32 und auf den Vibrationsteppich 44 der Fördereinrichtung 12 und gelangt dabei über das vorgeschobene Gleitteil 54 hinweg und am Anschlag 74 der Zuführeinheit 14 vorbei. Der Plungerkolben 252 zieht sich, nachdem er das Teil D von der Platte 88 der Hubeinheit 16 auf die Fördereinrichtung 12 bewegt hat, natürlich zurück.
Die Tragvorrichtung 22 schiebt den Bezugszylinder B auf die Platte 88 der Hubvorrichtung 16 und zieht ihn in gleicher Weise von dieser Platte zurück. Ebenso wie die Entnahmevorrichtung 24 ist sie an der Zuführebene 32 befestigt, sie liegt jedoch auf der anderen Seite der Hubvorrichtung 16 und zwar allgemein oberhalb der Gleitführung 52 des Gleitteiles 54 der Zuführvorrichtung 14. Die Tragvorrichtung 22 umfaßt ein Grundteil 260, das an der Zuführebene 32 verschraubt ist sowie einen doppelt wirkenden, pneumatischen Zylinder 262, der an dem Grundteil 260 befestigt ist, wobei seine Achse die vertikale Meßachse Z schneidet. Der Zylinder 262 hat einen Plungerkolben 264, der eine Gabel 266 trägt, die ihrerseits so ausgebildet ist, daß sie den Bezugszylinder B halten kann. Der Bezugszylinder B hat eine zylindrische Außenfläche 268 und einen Fuß 270 von geringerem Durchmesser sowie eine Schulter 272, die zwischen diesen beiden Teilen liegt (Fig. 3). Ferner hat er zwei Stirnflächen 274 und 276, die in bezug auf die Achse des Zylinders B rechtwinklig verlaufen sowie eine Bohrung 278, die sich zwischen den beiden Stirnflächen 274 und 276 erstreckt. Die Durchmesser der Außenfläche 268 und der Bohrung 278 sind ebenso bekannt wie der Abstand zwischen den beiden Stirnflächen 274 und 276, wobei dieser Abstand die Höhe des Zylinders B darstellt. Die Höhe des Fußes 270 ist größer als die vertikale Abmessung der Zinken der Gabel 266, so daß dann, wenn der Zylinder B auf einer ebenen Fläche aufliegt, wie zum Beispiel auf der Platte 88, die Zinken der Gabel 266 unter die Schulter 272 des Zylinders B eingeschoben werden können.
Der Bezugszylinder B wird dann, wenn er nicht im Gebrauch ist, auf der Gabel 266 gelagert, wobei der Plungerkolben 264 des pneumatischen Zylinders 262 zurückgezogen ist. Wenn er so angeordnet ist, dann ist der Bezugszylinder B von der Seite der Platte 88 entfernt und überschneidet sich nicht mit Teilen D, die zum Messen auf der Platte 88 angeordnet werden. Um die Vorrichtung A jedoch zu eichen, wird der pneumatische Zylinder 262 beaufschlagt und sein Plungerkolben 264 wird vorgeschoben. Der Plungerkolben 264 bewegt den Bezugszylinder B über die Platte 88 der Hubvorrichtung 16 und hält dann an, wenn die Achse des Zylinders B mit der vertikalen Meßachse Z übereinstimmt. Zu diesem Zeitpunkt bewegt die Hubvorrichtung 16 ihren Drehtisch 86 geringfügig nach oben, um den Zylinder B von der Gabel 266 frei zu bekommen und der Plungerkolben 264 zieht die Gabel 266 zurück. Die Hubvorrichtung 16 hebt den Bezugszylinder B dann in den Bereich der Meßspitzen 236, woraufhin der Zylinder B unter Verwendung eines der Meßfühler 190 zentriert wird, mit dessen Hilfe er in eine Stellung geschoben wird, in der seine Achse genau mit der Meßachse Z übereinstimmt. Danach wird die Klemmvorrichtung 18 beaufschlagt, um den Bezugszylinder B gegen die Platte 88 festzuklemmen und die Hubvorrichtung 16 und die Meßköpfe 20 werden mit Strom versorgt, um verschiedene Flächen auf dem Bezugszylinder B mit den Meßspitzen 236 der drei Meßköpfe 20 in Ausrichtung zu bringen. Tatsächlich werden die Meßspitzen 236 zur Anlage an der zylindrischen Außenfläche 268, der Innenfläche der Bohrung 278 und den beiden Stirnflächen 274 und 276 zur Anlage gebracht und aus den Linear-Kodiervorrichtungen 104 und 180 sowie aus den Differential-Übertragern 224 jedes Meßkopfes 20 werden Ablesungen abgeleitet. Diese Ablesungen, die bekannte Werte darstellen, werden im Speicher des Computers C gespeichert und dienen dazu, die Differential-Übertrager (LVDT) 224 zu eichen. Andere Ablesungen, die vom Bezugszylinder B genommen werden, nachdem dieser Zylinder genau auf der Achse Z zentriert worden ist, liefen eine nachfahrbare Bezugsnorm für die Vorrichtung A.
Nachdem die Platte 88 in eine geeignete Stellung abgesenkt worden ist, fährt der pneumatische Zylinder 262 seinen Plungerkolben 264 wiederum aus, um die Gabel 266 wiederum unter die Schulter 272 des Bezugszylinders B zu schieben. Die Hubvorrichtung 16 senkt die Platte 88 dann auf ihre Anfangsstellung ab, woraufhin der Plungerkolben 262 den Bezugszylinder B in seine Lagerstellung zurückzieht.
Der Computer C ist mit dem Servomotor 60 für die Zuführvorrichtung 14 verbunden und steuert dessen Betrieb ebenso wie den Servomotor 94 für die Hubvorrichtung 16 und den Motor 112 im Drehtisch 86 der Hubvorrichtung 16 sowie die Servomotoren 166 in den drei Meßköpfen 20. Ferner steuert der Computer elektrisch betätigte Ventile, durch die hindurch Druckluft in die pneumatischen Vorrichtungen 101 für die Reibungsantriebe 97 der Hubvorrichtung 19 zugeführt wird sowie zu dem Zylinder 250 der Entnahmevorrichtung 24 und zum Zylinder 262 der Tragvorrichtung 22. Darüber hinaus empfängt der Computer Messungen in Form von elektrischen Signalen von der Linear-Kodiervorrichtung 64 der Zuführvorrichtung 14, um die Stellung des Zuführkopfes 72 zu bestimmten; ferner empfängt er elektrische Signale sowohl von der Linear-Kodiervorrichtung 104 als auch von der Dreh-Kodiervorrichtung 114 der Hubvorrichtung 16, um die Stellung der Platte 88 längs der Meßachse Z zu bestimmen sowie ihre Winkelstellung um diese Achse herum. Der Computer C empfängt auch Messungen in Form von digitalisierten, elektrischen Signalen sowohl von der Linear-Kodiervorrichtung 180 als auch vom LVDT 224 jedes Meßkopfes 20 und addiert sie algebraisch, um die genaue Stellung jeder Meßspitze 236 in bezug auf die Meßachse Z zu bestimmen.
Neben den internen Maßinformationen, die er empfängt, ist der Computer C mit Plattenantrieben und mit einer Tastatur K zum Aufnehmen von Informationen von außen versehen. Durch die Plattenantriebe ist es möglich, Betriebsprogramme in den Computer C einzugeben. Darüber hinaus werden durch die Plattenantriebe und durch die Tastatur K Einzelheiten für Teile in den Computer C eingegeben, einschließlich der Toleranzen für verschiedene Abmessungen an solchen Teilen.
Der Computer C ist mit dem CRT T zum numerischen oder graphischen Darstellen der Messungen verbunden, die aus den verschiedenen Meßvorrichtungen kommen und diese Darstellungen können durch die Toleranzen ergänzt sein. Eine besonders wirkungsvolle Darstellung, zu der der Computer C in der Lage ist, zeigt das Profil des Teiles zusammen mit den jeweiligen Toleranzgrenzen (Fig. 16). Das Profil des Teiles ist natürlich von den verschiedenen Meßvorrichtungen auf der Vorrichtung A abgeleitet, während die Toleranzgrenzen von außen eingegeben sind. Wenn das gemessene Profil des Teiles innerhalb der Toleranzgrenzen liegt, dann ist das Teil verwendbar; wenn jedoch irgendein Abschnitt des Profiles die Linien schneidet, die die Toleranzgrenzen darstellen, dann kann das Teil nicht verwendet werden. Die sichtbare Darstellung zeigt genau, wo solche Abweichungen bestehen, ohne daß die Notwendigkeit für irgendwelche Rechenvorgänge bestünde.

WIRKUNGSWEISE

Bevor die Vorrichtung in Betrieb gesetzt wird, wird das Betriebsprogramm für den Computer C zusammen mit den Einzelheiten für verschiedene Teile, die gemessen werden sollen, in den Computer geladen. Darüber hinaus wird die Vorrichtung A geeicht.
Um die Eichung vorzunehmen, wird der pneumatische Zylinder 262 der Tragvorrichtung 22 beaufschlagt und sein Plungerkolben 264 bewegt den Bezugszylinder B über die Platte 88 auf dem Drehtisch 86 der Hubvorrichtung 16. Die Hubvorrichtung 16 hebt den Drehtisch 86 an und bringt dabei die Platte 88 gegen die untere Stirnfläche 274 des Bezugszylinders B; die Platte 88 hebt den Bezugszylinder B leicht an und befreit ihn dabei von der Gabel 266, woraufhin der pneumatische Zylinder 262 seinen Plungerkolben 264 und damit die Gabel 266, die an ihm befestigt ist, zurückzieht. Danach hebt die Hubvorrichtung 16 den Bezugszylinder B noch weiter auf die Höhe der drei Meßspitzen 236 an. Während der Bezugszylinder B durch die Klemmvorrichtung 18 festgelegt wird, werden die drei Meßspitzen 236 gegen den Bezugszylinder B getrieben und die Differentialübertrager für ihre Meßfühler 190 werden geeicht, wobei die Linearkodiervorrichtungen 180 für diejenigen Meßköpfe 20, die diese Meßfühler 190 tragen, als Bezug für die Eichung verwendet werden.
Danach dreht der Drehtisch 86 den Bezugszylinder B, wobei eine Meßspitze 236 an der Außenfläche 268 anliegt, um die erhabene Walznarbe (high spot) zu lokalisieren und dann, wenn die Klemmrollen 150 zurückgezogen sind, wird der Bezugszylinder B durch diese Meßspitze 236 auf die Mitte des Drehtisches 86 gedrückt, so daß die Achse des Bezugszylinders B genau mit der Meßachse Z zusammenfällt. Nachdem er zentriert worden ist, wird der Bezugszylinder B mit der Klemmvorrichtung 18 fest gegen die Platte 88 geklemmt.
Als nächstes werden die Meßspitzen 236 der drei Meßfühler 190 gegen die zylindrische Außenfläche 268 des Bezugszylinders B gedrückt, um die Differentialübertrager (LVDT) 224 zu eichen, wobei die Linear-Kodiervorrichtungen 180 der Meßköpfe 20 für die Eichung als Bezug dienen. Unter Verwendung der Außenfläche 268, der Bohrung 278 und der Stirnflächen 274 und 276 als bekannte Orte werden danach die Linear-Kodiervorrichtungen 104 und 180 mit Hinweisen versehen und dies identifiziert natürlich einen besonderen Ort auf dem Gitterwerk jeder Linear-Kodiervorrichtung mit einer bekannten Abmessung.
Wenn die Eichung durchgeführt worden ist, dann wird der Bezugszylinder B durch den Plungerkolben 264 und seine Gabel 266 zurückgezogen und zu seiner Lagerstellung befördert, die vom Drehtisch 86 entfernt ist.
Nachdem die Eichung beendet ist, befindet sich die Vorrichtung A in einem Zustand, in der sie das Teil D oder irgendein anderes Teil von im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt messen kann, solange dieses zum Messen auf dem Drehtisch 86 aufgebracht werden kann; dabei ist es nicht notwendig, beim Aufbringen eines Teiles von verschiedener Größe oder Form eine neue Kalibrierung durchzuführen. Die Einzelheiten für das zu messende Teil D werden in den Speicher des Computers C eingegeben und zwar entweder über die Tastatur K oder durch Abrufen von einer Magnetplatte in einem der Plattenantriebe. Der Computer wird auf diese Weise über die genaue Größe des Teiles D so informiert, daß die Vorrichtung A das Teil D physisch handhaben kann und gleichzeitig werden auch für das Teil D die Toleranzen angegeben.
Das Teil D wird auf den Vibrationsteppich 44 der Fördereinrichtung 12 aufgebracht, die es in Richtung auf das ausgefahrene Gleitteil 54 der Zuführvorrichtung 14 fördert. Der Anschlag 74 des Zuführkopfes 72 am Gleitteil 54 hält das Teil D an und bringt es vor die abgewinkelten Antriebsstangen 76. Zu diesem Zeitpunkt wird der Servomotor 60 mit Strom versehen und zieht das Gleitteil 54 zurück. Diese Bewegung zentriert das Teil D in bezug auf den Scheitel des Zuführkopfes 72 und dieser Kopf 72 zieht das Teil D quer über den Teppich 44 und die Zuführebene 32 und auf die Platte 88 der Hubvorrichtung 16. Das Gleitteil hält dann an, wenn die Achse X des Teiles D mit der Meßachse Z zusammenfällt oder dann, wenn der Abstand zur Achse Z nur einige um beträgt. Dabei ist der Durchmesser des Teiles D im Speicher des Computers C gespeichert und aus diesem Durchmesser bestimmt der Computer den Abstand, um den das Gleitteil zurückgezogen werden muß, um die Achse X des Teiles D mit der Meßachse Z auszurichten. Die Linear-Kodiervorrichtung 64 zeigt die Bewegung des Gleitteiles 54 an. Wenn sich das Gleitteil 54 zurückzieht, dann vergleicht der Computer C seine jeweilige Stellung mit derjenigen Stellung, die zu einer Ausrichtung benötigt wird und dann, wenn die letztgenannte Stellung erreicht ist, schaltet der Computer den Servomotor 60 ab. Daraufhin bewegt der Servomotor das Gleitteil 54 zurück in seine vollständig ausgefahrene Stellung.
Wenn das Gleitteil in seine vollständig ausgefahrene Stellung zurückkehrt, dann wird der Servomotor 94 der Hubvorrichtung 16 mit Strom versorgt und mit Hilfe desjenigen Reibungsantriebes 97, der die größere Steigung hat, wird der Drehtisch 86 angehoben und damit auch das Teil D, das sich auf ihm befindet. Die Hubvorrichtung 16 treibt die obere Stirnfläche 6 des Teiles D in die Rollen 150 der Klemmvorrichtung 18 hinein und treibt diese Rollen und die Klemmteile 142, die diese Rollen tragen, nach oben, so daß die Klemmteile 142 die Federn 166 gegen die Armkreuze 138 drücken, bis die durch alle Federn 144 ausgeübte Kraft die Kraft ausgleicht, die durch den pneumatischen Zylinder 134 aufgebracht wird.
Unter der Voraussetzung, daß der Benutzer den Radius der geneigten Außenfläche 2 des Teiles D messen und ihre Form bestimmten will, fährt der Servomotor 94 der Hubvorrichtung dann fort, das Gleitteil 84 und seinen Drehtisch 86 nach oben zu bewegen und das Teil D bewegt sich ebenfalls mit der Platte 88 nach oben. Da der pneumatische Zylinder 134 so konstruiert ist, daß innerhalb dieses Zylinders ein konstanter Druck aufrechterhalten wird, bleibt die Niederhaltekraft, die durch die Rollen 150 auf das Teil D ausgeübt wird, dieselbe. Das Gleitteil 84 hält dann an, wenn sich die Platte 88 geringfügig, beispielsweise 2,5 mm unterhalb der Höhe der vorderen Berührungspunkte 238, an den Meßspitzen 236 der drei Meßfühler 190 befindet. Die Kodiervorrichtung 104 registriert die ausgefahrene Stellung des Gleitteiles 84, während der Computer C die Kodiervorrichtung 104 überwacht und dann, wenn die Kodiervorrichtung 104 die vorgeschriebene, ausgefahrene STellung registriert, schaltet der Computer C den Servomotor 94 ab.
Als nächstes versorgt der Computer C die Servomotoren 166 der drei Meßköpfe 20 mit Strom und diese treiben ihre jeweiligen Gleitteile 164 nach innen und nehmen die Meßfühler 190 mit sich. Der Computer C hat in seinem Speicher den Radius des Teiles D gespeichert und dann, wenn die Meßspitzen 236 der drei Meßfühler 190 auf das Teil D nicht nahe einem Radius auftreffen, der für das Teil D vorgeschrieben ist, dann veranlaßt der Computer C die Motoren 66 dazu, die Meßfühler 190 zurückzuziehen und veranlaßt danach ferner, daß das Teil D ausgestoßen wird. Gleichzeitig erzeugt der Computer auf dem CRT T eine Nachricht dahingehend, daß das Teil D nicht in einem solchen Maß innerhalb der erwarteten Größe liegt, daß die vorgeschriebenen Messungen fortgesetzt werden könnten.
Unter der Voraussetzung, daß das Teil D den erwarteten Durchmesser aufweist, kommen danach die Meßfühler 190 mit ihren Meßspitzen 236 gegen die Außenfläche 2. Der Computer C überwacht jede Kodiervorrichtung 180 und stellt das Vorhandensein des Teiles D mit Hilfe eines Signales fest, das von dem LVDT 224 des Meßfühlers 190 abgeleitet wird. Wenn der Meßfühler 190 sich dem Teil D nähert, dann bleibt der bewegliche Abschnitt 202 des Hauptkörpers 192 des Meßfühlers 190 ebenso wie der Kern 228 des LVDT 224, in seiner neutralen Stellung. Dann jedoch, wenn die Meßspitze 236 des Meßfühlers 190 das Teil D berührt, wird der Meßfühlerarm 232 abgelenkt und dies wiederum führt dazu, daß sich der bewegliche Abschnitt 202 gegenüber dem festen Abschnitt 200 an der Biegelinie 206 verschwenkt und den Kern 228 nach oben in die Spule 226 hineintreibt. Als Folge davon sendet der LVDT 224 ein Signal an den Computer C und dieses Signal geht auch durch die Rückkopplungsschleife zu dem Motor 166, was dazu führt, daß dieser Motor anhält und dabei den weiteren Vorschub der Meßspitze 236 beendet. Tatsächlich ist die Rückkopplungsschleife so aufgebaut, daß der Motor 166 stets versucht, das Gleitteil 164 in eine solche Stellung zu bringen, daß die Meßspitze 236 eine vorgeschriebene Ablenkung hat, beispielsweise 0,127 mm. Der Raum zwischen der Meßachse Z und dem Punkt, an dem die Meßspitze 236 jedes Meßkopfes 20 die Außenfläche 2 des Teiles D berührt, ist natürlich der Radius, der von der linearen Kodiervorrichtung 180 des Kopfes 20 gemessen wird, plus der Abweichung der Meßspitze 236, wie sie durch den LVDT 224 für den betreffenden Meßkopf 20 gemessen worden ist. Aus den Radien, die von den drei Meßköpfen 20 registriert worden sind, berechnet der Computer C, vorzugsweise unter Verwendung eines Best-Fit-Circle-Algorithmus, den Radius R der Außenfläche 2 in derjenigen Höhe, in der die Meßspitzen 236 die Außenfläche berühren und ferner den Mittelpunkt des Best-Fit-Kreises. Da der Radius R, der so bestimmt worden ist, von den Berechnungen des Best-Fit-Kreises abgeleitet worden ist, ist er selbst dann genau, wenn die Achse X des Teiles D mit der Meßachse Z nicht genau übereinstimmt oder mit ihr ausgerichtet ist.
Dann, wenn alle drei Meßfühler mit ihren vorderen Berührungspunkten 238 der Meßspitzen 236 mit der Umfangsfläche des Teiles in Berührung stehen, wird der Servomotor 94 für die Hubeinheit 16 wieder mit Strom versorgt, um das Gleitteil 84 und damit auch natürlich das Teil D nach unten zu bewegen. Die Meßspitzen 236, die an der Außenfläche 2 des Teiles D anliegen, gleiten über diese Fläche oder, genauer gesagt, liegen die vorderen Berührungspunkte 238 an der Fläche 2 an und gleiten über sie. Die Berührungspunkte 238 liegen unabhängig davon an der Fläche 2 an, ob diese Fläche zylindrisch, konkav, konvex, geneigt ist oder irgendein anderes Profil aufweist, da die Rückkopplungsschleife zwischen dem LVDT 224 jedes Meßfühlers 190 und dem Servomotor 166 diesen Motor stets so antreibt, daß eine vorbestimmte Abweichung der Meßspitze aufrechterhalten wird. Auf diese Weise gleiten die Berührungspunkte 238 der drei Meßspitzen 236 über die äußere Fläche des Teiles D, bis die Berührungspunkte 238 der drei Meßspitzen 236 den oberen Bereich der Außenfläche 2 erreichen, woraufhin der Computer den Motor 94 abschaltet und die Servomotoren 166 anschaltet, um die Meßfühler 190 zurückzuziehen. Zu diesem Zweck ist die Länge der Fläche 2 Teil der genauen Beschreibung, die in den Speicher des Computers C eingegeben worden ist und durch eine Überwachung der Linear-Kodiervorrichtung 104 der Hubvorrichtung 16 erkennt der Computer C, wann das Teil D um eine Strecke abgesenkt worden ist, die mit der Länge der gemessenen Strecke übereinstimmt.
In periodischen Abständen während der Bewegung des Teiles D, wobei diese Abstände üblicherweise 0,127 mm betragen, empfängt der Computer C gleichzeitig Ablesungen, die von der Linear-Kodiervorrichtung 180 und den LVDT 224 jedes Meßkopfes registriert worden sind. Der Computer zählt die Ablesungen von jedem Meßkopf 20 zum Erhalten der Radien RO, R120 und R240, die von den Meßköpfen 20 gemessen worden sind, zusammen und errechnet den Radius R und den Mittelpunkt des Best-Fit-Kreises für das Teil D an der besonderen Stelle. In der Tat steht jede Ablesung von den drei Meßköpfen 20 ebenso wie der berechnete Radius R und der Kreis-Mittelpunkt, der aus diesen Ablesungen abgeleitet wird, mit einer Ablesung in Wechselbeziehung, die aus der linearen Kodiervorrichtung 104 der Hubvorrichtung 16 zum gleichen Zeitpunkt stammt, so daß auf diese Weise jeder berechnete Radius R mit einer besonderen Stellung oder einem Datenpunkt längs der Meßachse Z identifiziert wird. Durch die zahlreichen, berechneten Radien R und durch die axialen Stellungen, denen diese Radien zugeordnet werden, ist es möglich, ein axiales Profil der äußeren Fläche 2 des Teiles anzugeben und gleichzeitig die Abweichung seiner Achse X von der Meßachse Z (Fig. 16a). Das Profil, das so erzeugt worden ist, kann numerisch dargestellt werden; besser ist es jedoch, jeder numerischen Darstellung eine graphische Darstellung beizufügen. Darüber hinaus können sowohl die numerischen als auch die graphischen Darstellungen mit Toleranzen versehen werden und diese Toleranzen können die Form einer Hüllkurve einnehmen, das heißt, die Form voneinander entfernter Linien, die einen Bereich darstellen, in den das ideale Profil für dieses Teil hineinfällt (Fig. 16a).
Da der berechnete Radius R für jeden Abstand längs der Meßachse Z den Radius eines wirklichen Kreises unabhängig von seinem Mittelpunkt darstellt, ist es nicht allzu bedeutsam, daß die Achse X des Teiles D während der Anhebebewegung des Teiles D geringfügig von der Meßachse Z abweicht. Darüber hinaus vermindert die große Anzahl der Ablesungen statistisch die Wirkung eines Fehlers, der bei irgendeiner Ablesung auftreten kann. Die Tatsache, daß einige Ablesungen von kleinen Oberflächen-Unregelmäßigkeiten stammen, zum Beispiel von Bearbeitungsrillen, hat auf diese Weise nur eine geringe Bedeutung. In ähnlicher Weise ermöglicht die Berechnung des wahren Radius R unabhängig von der Mitte des Kreises, daß die Gleitführungen 82 und die Lager für das Gleitteil 84, das sich längs der Gleitführung 82 bewegt, mit einer geringeren Genauigkeit hergestellt ist, als die jeweils berechneten Radien R, die aus der Vorrichtung A abgeleitet werden.
Zusätzlich zu der Messung des Radius R der Fläche 2 und zum Bestimmen ihres axialen Profils kann die Vorrichtung auch das Umfangsprofil dieser Fläche messen, um die Abweichung von der wahren Kreisform zu bestimmen. Um diese Messung durchzuführen, wird nur eine Meßspitze 236 mit ihrem vorderen Berührungspunkt 238 an der Außenfläche 2 des Teiles D angelegt, wobei dies dadurch erreicht wird, daß der Servomotor für denjenigen Meßkopf 20, an dem sich die Meßspitze 236 befindet, solange mit Strom versorgt wird, bis der Berührungspunkt 238 an der betreffenden Meßspitze 236 mit der Fläche 2 in Berührung kommt und von ihr um einen bestimmten Betrag abgelenkt wird. Diese Ablenkung wird durch den LVDT 224 des Meßkopfes 2 gemessen. Wenn der Berührungspunkt 238 der Meßspitze 236 an der Außenseite 2 des Teiles D anliegt, dann wird der Motor 112 des Drehtisches 86 mit Strom versorgt und dies führt dazu, daß die Platte 88 und damit auch das Teil D, das sich auf der Platte 88 befindet, sich um die Meßachse Z herum dreht. Die Klemmvorrichtung 18 fährt damit fort, das Teil D gegen die Platte 88 anzudrücken, wobei ihre Rollen 150 gegen die obere Stirnfläche 6 des Teiles D anliegen und sich drehen, während das Teil D unter ihnen umläuft.
Der Berührungspunkt 238 der Meßspitze 236 bleibt an der Außenfläche 2 liegen, wobei es der Meßspitze 236 ermöglicht wird, der Fläche diesmal in Umfangsrichtung zu folgen und alle Abweichungen von einem wirklichen Kreisprofil werden durch eine Bewegung der Meßspitze 236 registriert. Diese Bewegungen werden durch den LVDT 224 des Meßfühlers 190 gemessen und der jeweilige Radius RO an irgendeinem Punkt längs des Umfanges wird durch den Computer C berechnet, der in einfacher Weise die aus der linearen Kodiervorrichtung 104 des aktivierten Meßkopfes 20 und die Ablesung algebraisch zusammenzählt die von dem LVDT 224 des Meßfühlers 190 des betreffenden Meßkopes 20 registriert wird. Tatsächlich werden sehr viele Ablesungen, üblicherweise in 1024 Intervallen, gemessen, wobei diese Intervalle sich in einem Abstand von 0,351º befinden. Der Computer identifiziert jede radiale Messung bei einer Winkelstellung θ des Drehtisches 86 im Augenblick der Ablesungen für diese Messungen und diese Winkelstellung wird aus der Dreh-Kodiervorrichtung 114 innerhalb des Drehtisches 86 abgeleitet.
Die Radien RO und die Winkelstellungen θ, an denen sie gemessen worden sind, können numerisch oder graphisch dargestellt werden (Fig. 16b). Das gemessene Umfangsprofil ist besonders zum Feststellen von winzigen Vorsprüngen oder Kratzern auf der Außenseite 2 des Teiles D nützlich.
Die Vorrichtung A kann auch das radiale Profil der oberen Stirnfläche 6 des Teiles D bestimmen. Zu diesem Zweck bringt der Servomotor 166 einer der Meßköpfe 20 das Gleitteil 164 des betreffenden Meßkopfes in eine solche Stellung, daß der vordere Berührungspunkt 238 direkt über der oberen Stirnfläche 6 nahe an eine Kante dieser Fläche liegt. Danach wird der Servomotor 94 der Hubvorrichtung 16 mit Strom versorgt, um den Drehtisch 86 und das auf ihm liegende Teil D nach oben zu bewegen; das Teil D berührt dabei mit seiner Stirnfläche 6 die Meßspitze 236 an ihrem vorderen Berührungspunkt 238. Die Bewegung wird solange fortgesetzt, bis die LVDT 224 des Meßfühlers 190 eine vorgeschriebene Ablenkung der Meßspitze 26 registriert, woraufhin die Rückkopplungsschleife den Servomotor 94 so betätigt, daß die Hubvorrichtung 16 eine konstante Ablenkung des Meßfühlers 190 beizubehalten versucht, wie sie von dem LVDT 224 gemessen worden ist. Daraufhin wird der Servomotor 166 des Meßkopfes 20 wieder mit Strom versorgt, um den Berührungspunkt 238 über die obere Stirnfläche 6 zu ziehen. Höhenabweichungen erscheinen als Ablenkungen der Meßspitze 236. An nahe beieinanderliegenden Intervallen empfängt der Computer C von der LVDT 224 und von der Linear-Kodiervorrichtung 104 der Hubvorrichtung 16 Ablesungen, um die genaue Höhe der oberen Stirnfläche 6 des Teiles D an diesem Punkt zu bestimmen und die Vorrichtung identifiziert ferner jede errechnete Höhe mit einer radialen Stellung, die von der Linear-Kodiervorrichtung 180 des Meßkopfes 20 und von dem LVDT 224 abgeleitet worden ist. Die Ergebnisse der Abtastung der oberen Stirnfläche 6 werden im Speicher des Computers C festgehalten und können entweder numerisch oder graphisch dargestellt werden. Die Abtastung des radialen Profiles kann entweder mit allen drei Meßfühlern 190 oder nur mit einem Meßfühler 190 durchgeführt werden.
Die Vorrichtung A kann auch den Durchmesser der Innenfläche 4 messen und ebenso deren Profil bestimmen und dieses wird ebenso durchgeführt wie die Messungen auf der Außenseite mit Ausnahme dessen, daß die hinteren Berührungspunkte 240 jeder Meßspitze 236 an der Innenfläche 4 zur Anlage gebracht werden und nicht die vorderen Berührungspunkte 238. Darüber hinaus werden die drei Meßfühler, während sie in ihre Anfangsstellung gebracht werden, mit ihren Meßspitzen in einer Höhe zusammengebracht, die offensichtlich höher liegt als die obere Stirnfläche 6 des Teiles D. Danach wird der Servomotor 94 der Hubvorrichtung 16 mit Strom versorgt, um das Teil D solange anzuheben, bis die drei Meßspitzen 236 sich innerhalb der Bohrung des Teiles D befinden. Als nächstes ziehen die Servomotoren 166 der drei Meßköpfe ihre jeweiligen Gleitteile 164 und die an ihnen angebrachten Meßfühler 190 solange zurück, bis die hinteren Berührungspunkte 240 an den drei Meßspitzen an der Innenfläche 4 des Teiles D zur Anlage kommen und bis sie um eine vorgeschriebene Entfernung abgelenkt werden. Zu diesem Zeitpunkt wird der Servomotor 94 der Hubeinheit 16 wieder mit Strom versorgt, um das Teil D anzuheben und der Computer C erhält in eng beieinanderliegenden Intervallen Ablesungen von den drei Meßköpfen 20 und identifiziert jede Ablesung mit einer axialen Stellung, die von der linearen Kodiervorrichtung 104 der Hubvorrichtung 16 abgeleitet wird. Die Abtastung kann bis zu untersten Stelle der Innenfläche 4 fortgesetzt werden, und zwar obwohl die hinteren Berührungspunkte 240 etwas oberhalb der verbleibenden Teile ihrer jeweiligen Meßspitzen angeordnet sind; dies wird durch die radialen Schlitze 89 in der Platte 88 ermöglicht, auf der das Teil aufliegt. Diese Schlitze nehmen die nach unten gerichteten, vorspringenden Teile der Meßspitzen 236 auf.
Schließlich kann die Vorrichtung A das Aufrißprofil der oberen Stirnfläche 6 des Teiles D vom Umfansstandpunkt aus messen, um eine Abweichung in der Ebene festzustellen. Um dies auszuführen, wird eine der Meßspitzen 236 mit ihrem vorderen Berührungspunkt 238 mit der oberen Stirnfläche 6 in Berührung gebracht und der Drehtisch 86 und das auf ihm befindliche Teil D werden für eine Umdrehung gedreht, während die Aufrißmessungen in eng beieinderliegenden Intervallen aus den Ablesungen errechnet werden, die aus dem Meßfühler 190 und aus der Linear-Kodiervorrichtung 104 der Hubvorrichtung 16 abgeleitet werden.
Tatsächlich führt die Vorrichtung A ihre Messung dadurch durch, daß dem Teil D ein zylindrisches Koordinatensystem überlagert wird, das wenigstens drei Achsen hat, nämlich die Meßachse Z, wenigstens eine radiale Achse RO und eine Drehachse O und daß dann Messungen längs aller oder einiger der drei Achsen durchgeführt werden. Bei vielen Messungen werden zwei zusätzliche, radiale Achsen R120 und R240 so überlagert, daß das Koordinatensystem fünf Achsen hat, nämlich RO, R120, R240, Z und O. Das System eignet sich für viele Abtastungsarten zum Bestimmen von Profilen oder von Abweichungen von aufgestellten Normen. Diese Abtastungsverfahren können wie folgt zusammengefaßt werden:

1. Axiale Abtastung (Fig. 17a)

Die drei Meßspitzen 236 der Meßfühler 190 werden zur Anlage an die sich in Umfangsrichtung erstreckende Fläche gebracht, so zum Beispiel an eine der beiden Flächen 2 oder 4 des Teiles D und sie werden von Servomotoren 166 ihrer jeweiligen Meßköpfe 20 gegen die betreffende Fläche gehalten. Radiale Abmessungen längs der drei Radien RO, R120 und R240 werden durch das algebraische Zusammenfassen der Ablesungen von den linearen Kodiervorrichtungen 120 dieser Meßköpfe 20 und ihrer jeweiligen LVDT 221 abgeleitet. Die tatsächliche Abtastung findet längs der Meßachse Z statt und die Bewegung für diese Abtastung wird durch den Servomotor 94 in der Hubvorrichtung 16 erzeugt. Die Datenpunkte, an denen die aufeinanderfolgenden Messungen der radialen Achsen abgenommen werden, sind längs der Meßachse Z vorhanden und die genaue Stellung jeder dieser Punkte wird durch eine lineare Kodiervorrichtung 104 der Hubvorrichtung 16 und durch die LVDT 224 gemessen. Das Ergebnis ist ein Profil, das in Form der Richtung der Meßachse Z folgt und das natürlich die errechneten Radien R längs dieses Profiles einschließt.

2. Radiale Abtastung (Fig. 17b)

Hier wird die Meßspitze 236 wenigstns eines Meßfühlers gegen die im allgemeinen radial verlaufenden Flächen gebracht, so zum Beispiel gegen eine der Stirnflächen 6 und 8 des Teiles D, zu diesem Zeitpunkt hält jedoch der Servomotor 94 für die Hubvorrichtung 16 die Meßspitze 236 mit der sich radial erstreckenden Fläche in Berührung. Die Abtastung findet längs der radialen Achse 120 für den Meßfühler 190 statt und die Bewegung wird ihm durch den Servomotor 166 des Meßkopfes 20 für den Meßfühler 190 mitgeteilt. Die Aufriß- oder Axialabmessungen werden durch das algebraische Zusammenfassen der Ablesungen aus der Linear-Kodiervorrichtung 104 für die Hubvorrichtung 16 und dem LVDT 224 für den Meßfühler gewonnen, der quer über die radial gerichtete Fläche gelegt wird. Die Datenpunkte, an denen die axialen Messungen durchgeführt werden, liegen längs des Radius R120 und werden durch die Linear-Kodiervorrichtung 180 des Meßkopfes 20 gemessen, die mit der horizontalen Komponente aus dem LVDT 224 kombiniert wird. Die Dreh-Kodiervorrichtung 114 bestimmt die Winkelstellung θ des Radius R120, längs der die Abtastung durchgeführt wird. Das Ergebnis ist ein Profil, das dem Radius R 120 folgt, längs dessen die Abtastung durchgeführt worden ist. Tatsächlich können drei gleichzeitige Abtastungen durchgeführt werden, und zwar eine von jedem der drei Meßfühler 190, wobei in diesem Falle drei Profile abgeleitet werden.

3. Dreh-Abtastung auf einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden Fläche (Fig. 17c)

Hier bringt ein Meßkopf 20 die Meßspitze 236 seines Meßfühlers 190 gegen eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Fläche zur Anlage, beispielsweise eine der Flächen 2 und 4 am Teil D; dies wird durch den Servomotor 166 des Meßkopfes 20 bewirkt, der die Meßspitze 236 gegen die Fläche angedrückt hält. Die Abtastung wird längs der Drehachse O durchgeführt und wird von dem Servomotor 112 des Drehtisches 86 abgeleitet, der die Platte 88 trägt. Die Messungen werden längs der radialen Achse R120 durch eine Zusammenfassung der Ablesungen durchgeführt, die von der Linear-Kodiervorrichtung 180 und dem LVDT 224 des aktivierten Meßkopfes 20 abgeleitet werden. Die Daten-Punkte liegen längs der Drehachse O und werden durch die Dreh-Kodiervorrichtung 114 gemessen. Der Servomotor 94 der Hubvorrichtung 16 ist unwirksam gemacht, so daß längs der Meßachse Z keine Bewegung stattfindet. Dies führt zu einer Aufzeichnungsspur, die die Abweichung von der wahren Kreisform darstellt. Für diese Abtastung sollte die Achse der abgetasteten Oberfläche genau mit der Meßachse Z übereinstimmen und um dies zu erreichen, sollten die Zentrierungsfähigkeiten der Vorrichtung A eingesetzt werden.

4. Dreh-Abtastung auf einer Stirnfläche (Fig. 17d)

Bei dieser Abtastung wird die Meßspitze 236 des Meßfühlers 190 eines der Meßköpfe 20 mit einer Fläche in Berührung gebracht, durch die die Meßachse Z hindurchgeht, beispielsweise an die Stirnfläche 6 des Teiles D, wobei der Servomotor 94 der Hubvorrichtung 16 diesesmal die Meßspitze 236 mit der Fläche in Berührung hält. Die Aufrißmessungen, die sich in axialer Richtung erstrecken, werden durch eine algebraische Zusammenfassung der Ablesungen von der Linear-Kodiervorrichtung 104 für die Hubvorrichtung und vom LVDT 224 des aktiven Meßfühlers 190 erzielt. Die Abtastung erfolgt längs der Drehachse O und die Bewegung für diese Abtastung wird vom Servomotor 112 für den Drehtisch 86 abgeleitet, der seinerseits die Platte 88 dreht. Die Datenpunkte liegen längs der Drehachse O und werden durch die Dreh-Kodiervorrichtung 114 des Drehtisches 86 gemessen. Der Servomotor 166 für den aktiven Meßkopf 20 verbleibt in Ruhe, so daß längs der radialen Achse R120 keine Bewegung stattfindet. Das Ergebnis ist eine Aufzeichnungsspur, die die Abweichung von einer Ebene darstellt, die zur Achse X senkrecht steht und die sich, allgemein gesprochen, als eine Abweichung von der Ebene oder einer Parallelität darstellt.
Die Vorrichtung A hat eingebaute Sicherheitsmerkmale, um sie vor Brüchen zu schützen, das heißt um ihre Gleitteile 84 und 164 und die dazugehörigen Bauteile zu schützen und insbesondere die Meßfühler 190 in dem Fall vor einer Beschädigung zu schützen, daß eine der Meßspitzen 236 auf ein Hindernis auftrifft, das nicht ausweicht. Dieser Schutz vor Brüchen kann gedankenmäßig auf drei Ebenen vorhanden sein. Die erste Schnittebene ist die analoge Servo-Schleife, das heißt daß dann, wenn die Meßspitze 236 auf eine unerwartete Fläche auftrifft, das Servosystem den Meßfühler 190 unmittelbar zurückzieht und diesen veranlaßt, um die unerwartete Fläche oder das Hindernis herumzugehen. Die zweite Schutzebene, wenn das Servosystem nicht funktioniert, besteht in der Fähigkeit der Reibungsantriebe 97 und 173 dann zu gleiten, wenn ein Meßfühler 190 blockiert wird. Die dritte Schutzebene ist der Bruchschutz im Meßfühler 190 selbst und insbesondere die physikalischen Anschläge, die durch die Erhebung 214, das Gehäuse 194 und den feststehenden Abschnitt 200 erzeugt werden.
Die Meßvorrichtung A ist besonders zum Messen von Lagerringen geeignet, insbesondere zum Messen etwas komplexer Formen von Kegelrollenlagern (Fig. 15). In der Tat kann die Vorrichtung A dazu benutzt werden, die Größe und das Profil einer konischen Bohrung zu messen sowie die Länge des Konus und die Größe und das Profil seiner Lauffläche.
Zusätzlich kann die Vorrichtung A Abschrägungen, Radien, Übergänge und Unterschneidungen unter Verwendung ähnlicher Techniken messen. Darüber hinaus kann die Vorrichtung, im allgemeineren Sinn, geometrische Merkmale messen, wie zum Beispiel die Ebenheit, die Geradheit, die Kreisförmigkeit, eine Zylinderförmigkeit, eine Rechtwinkligkeit, eine Winkelstellung, eine Parallelität, das Profil einer Linie oder einer Oberfläche, die kreisförmige Unrundheit, die Unrundheit insgesamt, die Konzentrizität und die Wanddicke. Im Umfangssinne sind die Messungen nicht auf wirklich kreisförmige Flächen beschränkt, sondern die Vorrichtung kann dazu benutzt werden, Umfangsflächen von anderer geometrischer Form zu messen, so zum Beispiel von elliptischen Flächen, vorstehenden Formen und selbst von Flächen mit Polygonquerschnitt.
Die vorliegende Erfindung ist dazu bestimmt, alle Abweichungen und Veränderungen der Ausführungsform der Erfindung abzudecken, die in der oben genannten Beschreibung zu Zwecken der Offenbarung ausgewählt worden ist, soweit die Abweichungen nicht vom Schutzbereich der Erfindung abweichen, wie er in den Ansprüchen niedergelegt ist.

Claims

1. Vorrichtung zum Messen eines Gegenstandes mit

- einem Rahmen (10),

- einer Tragvorrichtung (16) auf dem Rahmen zum Bewegen des Gegenstandes längs einer Meßachse (Z), wobei die Achse des Gegenstandes allgemein mit der Meßachse zusammenfällt,

- wenigstens drei Meßköpfen (20), die um die Meßachse herum auf dem Rahmen angeordnet sind, wobei jeder Meßkopf einen Meßfühler (190) hat, der seinerseits mit einer Meßspitze (232) versehen ist, die dazu bestimmt ist, den Gegenstand zu berühren und an ihm anzuliegen, wobei der Meßfühler in der Lage ist, seine Meßspitze längs eines Radius (R) zu bewegen, der von der Meßachse ausgeht und

- Vorrichtungen (66, 68; 106, 110; 182, 186) zum Feststellen der Stellung der Meßfühler-Spitze für jeden Meßkopf in bezug auf eine feste Bezugsstelle des Rahmens,

dadurch gekennzeichnet

- daß die Travorrichtung (16) den Gegenstand parallel zur Meßachse bewegt,

- daß die Meßspitzen (236) der Meßfühler den Gegenstand dauernd berühren und an ihm anliegen, während die Tragvorrichtung den Gegenstand parallel zum Meßkopf bewegt und

- daß Vorrichtungen (106, 110) zum Feststellen der Stellung der Tragvorrichtung längs der Meßachse vorhanden sind, wobei das Objekt gemessen wird, während es sich parallel zur Meßachse bewegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die feste Bezugsstelle die Meßachse (Z) ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Meßköpfe so angeordnet sind, daß ihre Meßspitzen (236) den Gegenstand symmetrisch um die Meßachse (Z) herum berühren.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jede Meßspitze (236) längs eines Radius (R) angeordnet ist, der von einem gemeinsamen Punkt auf der Meßachse ausgeht und wobei jeder Meßkopf (20) seine Meßspitze längs des Radius für diesen Meßkopf bewegt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung zum Feststellen der Stellung der Meßspitze (182, 186; 106, 110) die Stellung in bezug auf den Abstand von der Meßachse und die Stellung längs der Meßachse (Z) bestimmt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Vorrichtung zum Feststellen der Stellung der Meßfühler-Spitzen dies in synchronen Intervallen tut, wenn die relative Stellung des Gegenstandes und der Meßfühler-Spitzen längs der Meßachse verändert wird und für jeden axialen Intervall, bei dem die Stellung der Meßfühler-Spitzen festgestellt wird, die Stellungen der Meßfühler-Spitzen mit einer axialen Stellung für den Gegenstand gleichsetzt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine Vorrichtung zum Drehen der Tragvorrichtung für den Gegenstand umfaßt, wobei die Drehachse mit der Meßachse zusammenfällt sowie mit Vorrichtungen (116, 120) zum Bestimmen der Winkel-Stellung der Tragvorrichtung, wenn sie verdreht wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Tragvorrichtung eine Platte (88) zum Tragen des Gegenstandes umfaßt sowie eine Hubvorrichtung (16) zum Bewegen der Platte nach oben und längs der Meßachse, wobei die Hubvorrichtung ferner eine erste Antriebsvorrichtung (97) zum Bewegen der Platte nach oben und unten parallel zur Meßachse sowie erste Meßvorrichtungen (106 und 110) zum Bestimmen der Verschiebung der Platte längs der Meßachse enthält, wobei jeder Meßkopf Motoren (166, 173, 190) zum Bewegen des Meßfühlers auf die Meßachse zu und von ihr weg im allgemeinen längs eines Radius aufweist, der die Meßachse schneidet, wobei die Meßfühler-Spitzen mit der Oberfläche des Gegenstandes in Berührung gebracht werden können und wobei jeder Meßkopf ferner zweite Meßvorrichungen (182, 186) zum Bestimmen der Verschiebung von seinem Meßfühler parallel zum Radius aufweist, längs dessen sich seine Meßspitze bewegt, wobei die Radien, längs deren sich die Meßfühlerspitzen für die Meßköpfe bewegen, symmetrisch um die Meßachse herum angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die erste Antriebsvorrichtung (98) die Anhebebewegung der Platte und des auf ihr befindlichen Gegenstandes ändert, während die Meßfühlerspitzen weiter am Gegenstand anliegen und wobei die Motoren (166, 173, 190) den Meßfühlerspitzen eine Vorspannung erteilen, um sie am Gegenstand anliegend zu halten.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei jeder Meßkopf eine am Rahmen (10) angebrachte Gleitführung umfaßt sowie ein Gleitteil, das auf der Gleitführung so befestigt ist, daß es sich parallel des Radius bewegen kann, längs dessen seine Meßfühlerspitze verläuft, wobei der Meßfühler für den Meßkopf durch das Gleitteil getragen wird und

wobei die zweite Meßvorrichtung (182, 186) an jedem Meßkopf eine Vorrichtung zum Bestimmen der Verschiebung des Gleitteils relativ zur Gleitführung umfaßt und wobei der Meßfühler eine Vorrichtung zum Bestimmen der Verschiebung der Meßspitze relativ zum Gleitteil und relativ zur Platte umfaßt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Vorrichtung zum Bestimmen der Verschiebung des Gleitteils relativ zur Gleitführung eine lineare Skala umfaßt, die eine Aufeinanderfolge von Linien in Form eines Gitters (184) trägt sowie einen Meßwandler (186) zum Abtasten der Linie auf dem Gitter, wobei die Skala auf der Gleitführung oder dem Gleitteil so angeordnet ist, daß ihr Gitter parallel zum Radius für den Meßkopf und an der Hebevorrichtung für die Meßspitze angeordnet ist und daß der Meßwandler am jeweils anderen Teil angebracht ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Vorrichtung zum Bestimmen der Verschiebung der Meßfühlerspitze relativ zum Gleitteil und zur Platte einen linear veränderlichen Differentialumwandler umfaßt, der am Meßkopf befestigt ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei jeder Meßkopf (190) einen festen Abschnitt (200) aufweist, der fest am Gleitteil angebracht ist sowie einen beweglichen Abschnitt (202), der relativ zum festen Abschnitt verschwenkbar ist und die Meßfühlerspitze trägt, wobei die Meßspitze in einer Stellung relativ zum beweglichen Abschnitt befestigt ist und den bewegbaren Abschnitt dann zu einer Schwenkung veranlaßt, wenn sie allgemein längs des Radius für ihren Meßkopf verschoben wird sowie mit einer Vorrichtung zum Messen der Verschiebung des beweglichen Abschnittes relativ zum feststehenden Abschnitt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei der Meßfühler ferner einen Meßfühler-Arm umfaßt, der sich zwischen der Meßfühlerspitze und dem beweglichen Abschnitt zum Übertragen der Verschiebung der Meßfühlerspitze auf den beweglichen Abschnitt im allgemeinen vertikal erstreckt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Hubvorrichtung (16) ferner eine Gleitführung umfaßt, die am Rahmen angebracht ist sowie ein Gleitteil, das an der Gleitführung so befestigt ist, daß es sich relativ zur Gleitführung parallel zur Meßachse bewegen kann, einen von dem Gleitteil getragenen Drehtisch, der eine Platte (88) hat, die auf ihm so befestigt ist, daß die Platte durch den Tisch gedreht werden kann, wobei ihre Drehachse die Meßachse ist und wobei der Tisch eine dritte Antriebsvorrichtung (112) zum Drehen der Platte und dritte Meßvorrichtungen (116, 120) zum Bestimmen seiner Winkelverstellung umfaßt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die erste Meßvorrichtung eine Skala (106) umfaßt, die eine Abfolge von Linien hat, die auf ihr in Form eines Gitters aufgezeichnet sind sowie einen Meßwandler (110) zum Erkennen der Linien, wobei die Skala entweder auf der Gleitführung oder auf dem Gleitteil so angebracht ist, daß ihr Gitter parallel zur Meßachse verläuft und wobei der Meßwandler auf dem jweils anderen Teil befestigt ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei der Rahmen ein Ladedeck (32) und eine Hubvorrichtung (16) umfaßt, die ihrerseits in der Lage ist, die Platte vertikal in eine Ladestellung zu bewegen, in der sie mit dem Ladedeck bündig ist und wobei der Rahmen ferner eine Ladeeinheit umfaßt, die einen Ladekopf aufweist, der so aufgebaut ist, daß er mit dem Gegenstand in Eingriff kommen kann sowie eine Vorrichtung zum Bewegen des Kopfes so, daß er den Gegenstand über das Ladedeck und auf die Platte bewegt und daß er den Gegenstand auf der Platte so in Stellung bringen kann, daß seine Achse im allgemeinen mit der Drehachse zusammenfällt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Ladeeinheit eine Gleitführung aufweist, die am Rahmen befestigt ist sowie ein Gleitteil, das auf der Gleitführung befestigt und auf ihr bewegbar ist sowie eine Vorrichtung zum Messen der Verschiebung des Gleitteils relativ zur Gleitführung und wobei der Ladekopf am Gleitteil der Ladeeinheit angebracht ist und von ihr getragen wird.

19. Vorrichtung nach Anspruch 12, die weiter einen Bezugszylinder (B) bekannter Abmessungen umfaßt sowie eine Vorrichtung zum Bewegen des Bezugszylinders auf die Platte so, daß seine Achse mit der Meßachse zusammenfällt sowie zum Zurückziehen des Bezugszylinders von der Platte.

20. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei jeder Meßkopf einen Basisteil umfaßt, der auf dem Rahmen befestigt ist sowie ein Gleitteil, das sich auf dem Basisteil parallel zum Radius bewegt, längs dessen die Meßspitze am Kopf beweglich ist, eine Antriebsvorrichtung zum Bewegen des Gleitteils am Basisteil sowohl auf die Meßachse zu als von ihr weg so, daß die Meßspitze sich längs des Radius bewegt, eine erste Meßvorrichtung zum Aufzeichnen der Stellung des Gleitteiles relativ zum Basisteil und eine zweite Meßvorrichtung zum Aufzeichnen der Stellung der Meßspitze relativ zum Gleitteil, wobei die Stellung der Meßspitze relativ zur Meßachse bekannt ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die Antriebsvorrichtung (166, 173) für jeden Meßkopf in der Lage ist, die Meßspitze des betreffenden Meßkopfes dann gegen den Gegenstand zu drücken, wenn die Hubvorrichtung eine Relativbewegung zwischen der Tragvorrichtung und dem Rahmen längs der Meßachse bewirkt.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 oder 21, wobei die erste Meßvorrichtung eine Skala umfaßt, die eine Abfolge von Linien aufweist, die ein Gitter bilden sowie einen Meßwandler zum Erfassen der Linien auf dem Gitter, wobei eines dieser Teile auf dem Gleitteil und das andere auf dem Basisteil angeordnet ist und wobei das Gitter allgemein auf dem erhöhten Teil des Radius liegt, längs dessen die Meßspitze angeordnet ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die zweite Meßvorrichtung ein linearer, variabler Differentialumsetzer ist.

24. Verfahren zum Messen eines Gegenstandes durch Abstützen des Gegenstandes gegenüber von drei Meßspitzen (236), die längs der Radien einer Meßachse angeordnet sind, die ihrerseits im allgemeinen mit der Achse des Gegenstandes zusammenfällt, dadurch gekennzeichnet, daß die Radien die Meßachse schneiden sowie durch die weiteren Verfahrensschritte des Bewegens der Meßspitzen längs ihrer jeweiligen Radien so weit, bis sie eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Fläche des Gegenstandes mit einer Federvorspannung erreichen und daß die Meßspitzen, während sie mit der sich in Umfangsrichtung erstreckenden Fläche des Gegenstandes in Berührung sind, Relativbewegungen zwischen dem Gegenstand und sich in einer Richtung bewirken, die parallel zur Meßachse (Z) liegt;

Messen der radialen Stellung jeder Meßspitze in bezug auf die Meßachse und der Stellung des Gegenstandes längs der Meßachse in voneinander entfernten Intervallen während der Relativbewegung; und Errechnen des Radius der sich in Umfangsrichtung erstreckenden Fläche in jenem Intervall aus den radialen Stellungen der drei Meßspitzen, wobei das Profil der Oberfläche festgestellt werden kann.

25. Verfahren nach Anspruch 24, wobei jede Meßspitze auf einem Gleitteil getragen wird, das sich auf einer Gleitführung parallel zum Radius bewegt, längs dessen die Meßspitze angeordnet ist und wobei die Meßspitze in der Lage ist, sich relativ zum Gleitteil entgegen einer Vorspannung zu bewegen,

wobei der Schritt des Bewegens der Meßspitze längs ihres Radius und in Berührung mit der sich in Umfangsrichtung erstreckenden Fläche auf dem Gegenstand das Verbringen der Meßspitze in eine Stellung umfaßt, in der sie mit Vorspannung gegen den Gegenstand anliegt; und

Aufrechterhalten des Anliegens der Meßspitzen unter Vorspannung am Gegenstand dann, wenn sich der Gegenstand relativ zu den Meßspitzen bewegt.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 oder 25, wobei der Schritt des Messens der Stellung jeder Meßspitze das Messen der Stellung des Gleitteils relativ zur Meßachse und das Messen der Verschiebung der Meßspitze relativ zum Gleitteil längs des Radius für die betreffende Meßspitze umfaßt.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 26, das weiter das Verbringen der Meßspitzen gegen eine Bezugsfläche bekannter Größe vor dem Verbringen der Meßspitzen an den Gegenstand umfaßt, um auf diese Weise eine Kalibrierung durchzuführen.

28. Verfahren zum Messen eines Gegenstandes durch Übereinanderlegen eines zylindrischen Koordinatensystems mit fünf Achsen, nämlich einer Meßachse (Z), drei radialen Achsen (R), die von der Meßachse (Z) ausgehen und einer Drehachse mit einem ausgewählten Winkel (O) von einem radialen Richtwert (Ro), der seinen Mittelpunkt auf der Meßachse (Z) hat, auf den Gegenstand, wobei dieses Verfahren die folgenden Verfahrensschritte umfaßt: Abstützen des Gegenstandes längs der Meßachse (Z) so, daß die Achse (Z) durch den Gegenstand hindurchgeht; Bewegen der Meßspitzen längs der Radialachsen (R) solange, bis die Spitzen den Gegenstand berühren; Bewirken einer relativen Bewegung zwischen dem Gegenstand und den Meßspitzen in einer Richtung parallel zur Meßachse (Z), während die Meßspitzen unter Vorspannung am Gegenstand so gehalten werden, daß die Meßspitzen über den Gegenstand gleiten und Messen der Abweichung der Probespitzen parallel zu ihren Radialachsen (R) in eng beabstandeten Intervallen längs der Meßachse (Z), wobei bei der genannten, ausgewählten Winkelstellung ein Profil des Teiles abgeleitet wird.