CN104838227B - 用于检查异型工件的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检查异型工件，尤其是具有齿结构的异型工件的装置，该异型工件的轮廓能够由轮廓测头的探测元件以计量学方式检测，其中所述轮廓和轮廓测头能够相对于彼此并且以直角或切向于所述轮廓测头的测量平面进行运动。为了提供一种廉价的、具有简单结构的且很通用的装置，并且通过该装置使得具有不同尺寸的工件，即，这样的具有不同的齿数、模块数和宽度的工件能紧接在其加工过程之后，在现场且在最短时间内测量其尺寸精度和其形状和位置偏差，而不必依赖于针对待检查的齿结构的特定的配合轮廓或轮廓元件，能够应用在所述工件的轮廓上的轮廓测头(8,9,106)的探测元件(8e,9e,105)能够以其探测半径(112)应用在所述工件(1,111)的正移动离开所述探测元件(8e,9e,105)的轮廓边缘(113)上，并且随后通过朝向对置的轮廓边缘(114)的外表面(115)被构造成使得所述探测元件(8e,9e,105)能够从轮廓间隙移位。

Description

用于检查异型工件的装置

技术领域

本发明涉及一种用于检查异型工件，尤其是具有齿结构的异型工件的装置，该异型工件的轮廓能够以计量学方式由轮廓测头检测，其中所述轮廓和所述轮廓测头能够相对于彼此以直角或者切向于轮廓测头的测量平面进行运动。

背景技术

在很多种情况下必须尽可能在现场，即，在制造过程中测量具有直齿、斜齿、箭头齿或弧齿的正齿轮、锥齿轮、冠齿轮、蜗轮、齿圈和链轮还有齿杆、带齿的轴以及带有配对齿结构的轴或毂套，以便查看其尺寸稳定性、轮廓形状偏差、轮廓角度偏差、轮廓波形等以及其相对于参考轴或参考平面的轮廓走向。针对此目的，已知各种不同的测量装置。利用可手动操作的廉价测量装置总是只能满足这些测量任务中的一小部分。所谓的测量机有以下缺点，即，它们具有极其复杂的结构，通常视配对齿轮或主齿轮而定，使得所要执行的测量需要比较长的时间，大多无法在现场的制造过程中来使用并且昂贵。

发明内容

因此，本发明基于以下任务，即，提供一种廉价的、具有简单结构的且很通用的装置，其中借助该装置，具有不同尺寸的工件，即，这种具有不同的齿数、模块数和宽度的工件能紧接在其加工过程之后，即，仍然在现场在最短时间内测量其尺寸精度和其形状和位置偏差，而不必依赖于针对待检查的齿结构的特定的配合轮廓或构型件。另外，利用这样的装置也应可以同时且彼此完全无关地测量例如在多个平面内测量齿轮、齿杆或其它带齿构件的齿结构、组合链轮和其它多迹道构件在所有轨迹中的轮廓、还有按照任意间距和任意数量的平面的具有多个也不同的齿结构的传动轴，以便在短暂的设备周期时间内也能保证尽量100％的检查。

为了完成该任务，根据本发明，在上述类型的装置中提出，轮廓测头(8,9,106)的可以应用在工件轮廓上的探测元件(8e，9e，105)能够以其探测半径(112)应用于正在移动离开探测元件(8e，9e，105)的工件(1,111)的轮廓边缘(113)上，并且随后通过其朝向对置的轮廓边缘(114)的外表面(115)被构造成使得探测元件(8e，9e，105)能够从轮廓间隙移动出来。

如此构成的装置不仅完成前述任务，而且在采用简单但很有效的探测元件时也提供了以下可能，即，可利用很小的例如0.1N至0.6N的探触力在约25至100μm的非常小的探测半径范围内检测很小的形状偏差并且加以分析。另外有以下可能性，即，该探测元件配属于一间隔块，该间隔块通过线性引导机构与主体相连并且与轮廓测头相联接，从而得到了自主式可通用的测量单元。

附图说明

以下将结合附图所示的实施例详述本发明及它的其它特征和优点，其中：

图1示出了根据本发明的用于测量链轮的装置的简单视图；

图2和图3分别示出了在时间上前后相继的两个步骤中的齿轮测量装置的局部图；

图4示出了在测量位置上的测量单元的局部图，该测量单元具有呈带有球形尖部的锥形销形式构成的探测元件和可转动的间隔块；

图5示出了在测量位置上的用于测量齿轮的装置的局部图，该装置具有作为基准测头的圆跳动测头；

图6示出了在测量位置上的用于测量冠齿轮和锥齿轮的装置的局部图，其具有作为基准测头的圆跳动和端面跳动测头；

图7示出了用于齿圈的测量装置的局部图；

图8示出了图7的剖视图；

图9示出了用于监控带有双链轮的轴的装置的剖视图；

具体实施方式

图1的视图示出了在测量轴1的链轮-齿结构2的过程中的本发明的装置。轴1按照本身已知的方式同轴安装在两尖部之间的未示出的容纳部内或安装在滚子棱柱上，并且由同样未示出的驱动装置驱动。本身已知的且同样未示出的角度测量装置与轴1连接，并且能检测轴1的转动运动。在此实施例中，轮廓测头8的探测元件8e以两侧呈锥形的半径盘形式构成，该半径盘以可预定的探触力借助其外半径贴靠该轴1的齿结构2并且该半径盘由间隔块8c保持，该间隔块安装在线性引导机构8d上并通过弹簧杆8d与轮廓测头8的探测销8a连接。通过借助弹簧杆8d将间隔块8c连接至探测销8a来弹性补偿所谓的对齐误差，但在轴向上几乎刚性地传递该运动。被连接至本身已知的测量计算机的轮廓测头8能以感应式或增量式长度测量测头的形式构成并且在此实施例中被固定在该装置的立柱4上。

当上述未示出的驱动装置驱动该轴1转动时，探测元件8e沿切向滑动经过齿结构2并且将齿结构2的轮廓作为径向运动通过与之相连的构件传递给轮廓测头8，轮廓测头将其测量值连同用于监控轴1的转动运动的角度测量装置的测量值一起传输给本身已知但未示出的测量计算机。探测元件8e也能以带有球形尖部的锥形销的形式构成。在链轮情况下，探测元件8e的探测半径大小尤其依赖于齿槽的半径大小、其表面状况以及期望的力学测量值平整度，并且与在齿轮的情况下不同，探测半径约为1至2毫米。探触力可通过弹簧、重物或其它介质来施加。此时，将会起效的探触力也可以通过将装置斜置或者通过线性引导机构8d连同所有与之连接的构件的倾斜布置而被改变。

当齿结构2的齿面的斜率超过锥形探测元件8e的约60°的角度时，探测元件8e脱离其探测位置并且从齿隙中移动出来。在越过后面的齿顶之后，探测元件8e随即进入下一个齿隙区域，缓和地降低至其测量位置并且现在检测该齿隙的轮廓。在这种被设计用于测量链轮的装置中，可以使轴1在任意方向上转动以便测量该齿结构2并且只需要转动一圈来测量整个齿结构2。但也可能有意义的是，在测量过程中使轴1在两个方向上转动360°并且由齿结构2的两个测量序列形成平均值。通过这种方式可以尽量补偿摩擦的影响。

当在两个尖部之间以摩擦接合的方式容纳齿轴1时有利的是，与尖部驱动轴无关地，每个尖部配设有自身的角度测量装置，以便能在所出现的测量值差情况下适时发现滑脱并且中断该测量。

如本发明所提出的且如图2和图3所示，当在主体101上一方面线性引导机构102与间隔块103、探测元件承载件104以及探测元件105连接，并且另一方面轮廓测头106以其探测销107通过弹簧杆108与间隔块103连接时，得到了可通用的自主式测量单元110,该测量单元如图2和图3所示带有作为正齿轮的一部分被示出的工件111。关于图3的一些缺失的附图标记，参照图2。

在图2和图3中以具有球形探测尖部的锥形销形式构成的探测元件105相对于工件111的运动至探测元件105上的轮廓边缘114倾斜，并且被插入到探测元件承载件104中。球形探测尖部设有探测半径112，该探测半径的中心位于测量轴线100上，该测量轴线100由轮廓测头106的作用方向预定，并垂直接触轮廓测头111的旋转轴线。探测元件105以其探测半径112应用到移动离开的边缘113，也就是撤回的边缘113上，从而在工件111例如顺时针转动时，该探测元件105在齿边缘113上滑动并且在对置的边缘114运行到探测元件105的倾斜的外表面115上之前，从顶圆探测到根圆，并且随后探测元件105(由工件111驱动)克服探触力从齿隙116移出。

当工件111是异型轨道，如齿杆时，探测元件105也按照相同方式在两个齿侧面之间运动。但在此情况下有利的是，由线性引导机构承载的测量单元110沿着工件111运动，而不是工件111在测量单元110旁经过。但原则上这也是可行的。

如果工件111的待测齿结构2是显著底切的齿轮或者摆线齿结构(Zykloidverzahnung)，则可能需要该探测元件105沿齿结构的切向移位和/或在其倾斜位置上相应移动，从而使得探测元件105的探触点沿其测量路径总是可靠贴靠在撤回的边缘113上。

在这样的设计用于测量齿轮或齿杆的齿结构的装置中有利的是以25至100μm的探测半径112来工作并且如此布置探测元件105，即，该探测元件的外表面115倾斜地相对于线性引导机构102的运动平面成约25°至35°，其中所述锥形的探测元件105的用于形成间隙角的角度应该在各种情况下等于或小于外表面115和线性引导机构102的运动平面之间的角度。

因为利用这样的装置总是只能测量正从探测元件105移动离开的边缘113，因此需要在一个方向上第一次经过之后掉转驱动装置的方向，并且在测量单元110也如此移位或布置之后在相反方向上重复该测量，使得现在该对置边缘成为正从探测元件105相对移动离开的边缘113，以便也能以相同的方式以计量学方式检测这些边缘。

存在许多可能性用于测量单元110的这种转动。例如为此可以使测量单元110绕其自身轴线转动180°，第二测量单元110与之前的测量单元110成镜像地布置，或者间隔块103可以配备两个相互成镜像的探测元件，所述探测元件能交替应用至待测轮廓。但也可能的是，使探测元件105连同探测元件承载件104和间隔块103绕测量轴线100转动恰好180°。为此，间隔块103应该能以无间隙转动的方式支承，并且由壳体117容纳并且与驱动装置118(如直流驱动电机)相连接。

图4示出了这样的测量单元110，其具有可无间隙转动安装的且由直流驱动电机驱动的间隔块103，该间隔块设置在壳体117内并且现在通过壳体117与线性引导机构102相连接。存在如图4所示的以下可能性，即，将驱动装置118的驱动电机一同装入壳体117中，或者将其配属于主体101。在将驱动装置118装入壳体117时，驱动装置自身必须也参与测量运动。当将驱动装置118被安装到主体101上时，在间隔块103和驱动装置118之间需要相应的联接部，该联接部无需轴向固定地在两个转动方向上传递转矩。这样的联接部的一个特别有利的实施方式在于，该联接部的毂部借助缩小的线性引导机构被连接。在这样的实施方式中也有意义的是，为间隔块103配设用于确保间隔块103的转动运动的止档件。

间隔块103的转动轴线(有利地应该与测量轴线100相同)在线性引导机构102的操作方向上延伸经过探测半径112的中点，从而使得探测元件105能以相同的方式检测现在在后边缘113。就是说，之前在前边缘114现在成为在后边缘113，之前在后边缘113成为在前边缘114。在旋转对称的工件(例如齿轮)的情况下，测量轴线应与转动轴线相交。在杆状工件(例如齿杆)的情况下，测量轴线100应与轮廓参考线成直角。

如果现在需要监控齿结构2的形状偏差或角度偏差，则两个边缘113、114的测量序列可以彼此独立地被分析。但如果也需要求出齿结构2的常见特征，如节距、节圆直径等，则必须使两个测量序列相互关联，就是说被同步。这在最简单情况下通过加入具有对称的V形缺口的所谓调整规来完成，借助调整规，在真正测量之前将整个测量单元110或这些测量单元110的轮廓测头106校准至调整规的外轮廓并且将角度测量装置校准至缺口的最低点，以使随后获得的测量序列相一致，即相互重合或协调。

可平行于工件轴线移动的测量单元110例如在齿结构119应在一部分或在其整个长度范围内来测量时被使用。在这样的情况下有以下可能，即，在工件111每次转动之后中断该轴向运动，以便由此在一个轴向方向上逐个平面地测量工件111的齿结构119，并且在一次转动方向变换后测量在另一轴向方向上相应平面，或者能够连续测量，就是说，可以在关注转向变换的情况下在整个长度上呈螺旋形地在两个方向上进行测量。

但以下情况要有利许多，即，沿着齿结构按照不同的高度或相互间距布置多个测量单元110，以便由此能同时在多个平面内测量该齿结构。在齿轮情况下，这些测量单元110能在不同高度处呈射线状分散到四周，而这些测量单元在齿杆情况下在不同高度处并且必要时也以不同的间距相互分开地布置。通过如上所述的调整规，可以随后使被采用的所有测量单元110的测量序列相互同步。

为了能监控圆跳动或平坦度以及齿结构关于参考轴线或参考平面的平行度，存在以下可能性，如图6所示利用测量技术如通过测头来测定参考轴或参考平面，以便能将其纳入随后的数学分析当中。本发明对此提出，在呈齿轮形式的工件111情况下，只在有限的长度例如2至3mm上夹紧该工件，以便能够在剩余长度上测量或监控孔的圆跳动。通过这种方式，可以使用简单的顶芯或夹盘作为夹紧件，其根据待夹装的工件来形成。

图5以细节示出了这样的实施例，其中，测量齿结构轮廓的测量单元110和监控该工件孔的圆跳动的测量机构121可平行于工件轴线移动并且以有利的方式如此相互关联，即，齿结构轮廓和作为参考轮廓的孔的直径的测量总是在一个平面内进行。

但同样的情况也出现在冠齿轮、锥齿轮和类似工件111中，在这里齿结构相对于工件面的摆跳通常也是非常重要的。图6示出了这样的实施例的局部，工件111呈弧齿冠齿轮状构成并且其齿结构通过根据齿结构角度而斜置的测量单元110来测量，而工件的圆跳动可通过测头122来测定，工件的端面跳动可通过测头123来测定。

作为其替代方式，本发明提出，将用于测量齿轮的测量单元110安装到呈十字滑台形式构成且可以借助线性引导机构在x方向和y方向上自由运动的平台上，该平台支承在工件的参考面或工件保持部上以便尽量以机械方式补偿该参考面的圆跳动差，做法是在圆跳动差的情况下，测量单元110准确地且以正确的角度进行所引起的运动，从而能在测量值分析中不考虑圆跳动差。

当检查异型板条或齿杆时，可以与之相应地将这些测量单元110安装在只在x方向上自由运动的平台上，以便由此能通过这种方式以相同方式补偿齿结构相对于参考面的平坦度或平行度。

图8以细节示出了用于齿圈的测量装置，其中，工件111如上所述由夹盘保持，可轴向移动的专用测量单元110安置在夹盘上方。该测量单元110也具有几乎与前述测量单元一样的组成部分，只是它们在此实施例中的布置方式不同，并且间隔块103也还承担在此被省掉的探测元件承载件104的任务，做法是其配备有两个呈锥形探测销状的探测元件105，这些探测元件相互成镜像布置。间隔块103与线性引导机构102相连并通过弹簧杆108与轮廓测头8的探测销107相连。为此被改变的测量单元110的主体101附加地具有用于两个圆跳动测头122的保持部，所述圆跳动测头扫描工件111的外径。因此也可以在具有圆跳动的平面内在齿轮外径处检测齿圈的齿结构。

探测元件103也可以通过根据工件111的转动方向来操作该线性引导机构102而交替投入使用。但也可行的是，通过装置的略微斜置或倾斜交替地使探测元件105抵靠该齿结构。在此未示出的中央止动装置可以用于在倾斜度变化时确保将间隔块103保持该装置的中央，并且只在工件111的转动方向变化之后才再次释放间隔块，以便进入相应的测量位置。

图9示出了根据本发明的另一装置，该装置适用于测量带有双链轮的轴。在此实施例中，测量单元7、110呈双元件形式构成，即，被构造用于同时测量两个齿结构。该测量单元具有上接板7a，在该上接板处连接有向下指向的两个支腿7b和7c。在此实施例中将两个测头8和9从上方插入所述上接板7a中的固定位置在，测头的探测销8a、9a向下突入测量单元7的自由空间内。具有相对较小横截面的弹簧杆8b、9b的一端连接至每个探测销8a、9a的下部自由端，而弹簧杆8b、9b的另一端分别与从测量单元7向下突出的槌状间隔块8c、9c相连接。槌状间隔块8c、9c经由仅示出的线性引导机构8d、9d以可轴向移动的方式被引导，该线性引导机构优选以由滚动件支承的滑架导向机构形式构成并且附接在所述支腿7b、7c上。

每个间隔块8c、9c在其从测量单元7突出的端部处配备有探测元件8e、9e，该探测元件在此实施例中分别由水平设置的销构成，并该销优选由硬质金属制成。探测元件8e、9e分别从间隔块8c、9c的彼此背对的侧面突出并且可以放置在轮盘2a、2b的齿结构轮廓上。在该视图中，探测元件8e、9e贴靠在双链轮2的轮盘2a、2b的齿隙底部上。测量单元7的支腿7c在此实施例中在其下端具有优选向内指向的凸出部10，轴测头11在该凸出部内使用，轴测头的固定在其探测销11a的端部上的探测元件11b抵靠在作为参考面的该轴1处。探测元件11a在此有利地呈球状构成并且优选由硬质金属构成。

但是，在本发明的装置中，也可以相对于齿结构倾斜布置这样的测量单元7、110，以便例如通过因此也可处于倾斜位置的探测元件从外部检查齿圈的齿结构。然而，除了带齿的轮、带齿的轴或齿杆以外的其它工件也可以利用这些自主式测量单元7、110来测量并且例如也可以检查工件的功能。工件的待检查的轮廓例如也可以是内螺纹或外螺纹。

附图标记列表

1 轴；

2 齿结构；

2a 轮盘；

2b 轮盘；

4 立柱；

7 测量单元；

7a 接板；

7b 支腿；

7c 支腿；

8 轮廓测头；

8a 探测销；

8b 弹簧杆；

8c 间隔块；

8d 线性引导机构；

8e 探测元件；

9 轮廓测头；

9a 探测销；

9b 弹簧杆；

9c 间隔块；

9d 线性引导机构；

10 凸起；

11 轴测头；

11a 探测销；

11b 探测元件；

100 测量轴线；

101 主体；

102 线性引导机构；

103 间隔块；

104 探测元件承载件；

105 探测元件；

106 轮廓测头；

107 探测销；

108 弹簧杆；

110 测量单元；

111 工件；

112 探测半径；

113 后边缘；

114 前边缘；

115 外表面；

116 齿隙；

117 壳体；

118 间隔块的驱动装置；

119 作为止档的球体；

120 工件保持部；

121 测量机构；

122 圆跳动测头；

123 端面跳动测头。

Claims (10)

1.一种用于检查异型工件的装置，所述异型工件具有齿结构，该异型工件的轮廓能够由轮廓测头的探测元件以计量学方式检测，其中所述轮廓和轮廓测头能够相对于彼此且以直角或切向于所述轮廓测头的测量平面进行运动，设置用于所述工件绕旋转轴线的旋转运动的驱动装置，其中所述探测元件能够沿着测量轴线移动并具有相对于所述测量轴线倾斜的外表面，其中所述测量轴线垂直相交于所述旋转轴线，其特征是，

能够应用在所述工件的所述轮廓上的所述轮廓测头的所述探测元件能够以探测半径(112)应用在所述工件(1,111)的正移动离开所述探测元件的轮廓边缘(113)上，并且随后通过朝向对置的轮廓边缘(114)的外表面(115)而被构造成使得所述探测元件能够从所述轮廓间隙移位，从而对于所述对置的轮廓边缘(114)的计量检测，所述驱动装置的旋转方向是可逆的，并且所述探测元件能够围绕所述测量轴线(100)旋转+/-180°。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述探测元件以带有球形尖部的锥形销的形式构成。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征是，所述探测元件能够通过弹簧和/或重物和/或其它介质以能预定的力应用到所述齿结构(2,109)上。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征是，所述探测元件能与形成在线性引导机构(8c,9c,102)上的间隔块(8c,9c,103)相连接，并且所述间隔块能借助弹簧杆(8b，9b，108)被连接至所述轮廓测头的探测销(8a,9a,107)，并且所述线性引导机构(8c,9c,102)和所述轮廓测头能安装在主体(4,101)上以形成自主式测量单元(7,110)。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征是，所述间隔块(103)以能转动的方式安装，并且能借助驱动装置(118)枢转+/-180°，其中，所述间隔块(103)能直接地与所述驱动装置(118)联接或通过用于补偿轴向方向上的轻微运动的联接部与驱动装置(118)联接。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征是，在朝向所述工件(111)的所述轮廓边缘(114)的所述外表面(115)和所述线性引导机构(102)的运动平面之间包夹出约20°至40°的角度，所述探测元件为锥形探测元件，并且所述锥形探测元件的角度比所述外表面(115)与所述线性引导机构(102)的运动平面之间的角度小大约0°至15°。

7.根据权利要求4所述的装置，其特征是，所述测量单元(7,110)直接或间接地关联有至少一个圆跳动测头(11,122)和/或至少一个端面跳动测头(123)，所述测头能根据需要与所述测量单元一起被置入同一测量平面中，并且能够与所述测量单元一起平行于所述齿结构(2,109)运动。

8.根据权利要求4所述的装置，其特征是，所述测量单元(7,110)安装在能线性自由运动或呈十字滑台形式的平台上，该平台能支承在所述工件(1,111)的参考面上或支承在工件保持部(120)的参考面上。

9.根据权利要求4所述的装置，其特征是，多个测量单元(7,110)被分布成使得这些测量单元根据能预定的测量平面以不同的相互间距指向所述齿结构。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征是，被容纳在两个尖部之间的工件(1,111)在两侧关联有角度测量装置。