DD248186A1

DD248186A1 - Verfahren zum messen von zahnraedern

Info

Publication number: DD248186A1
Application number: DD28919086A
Authority: DD
Inventors: Heinz Priplate
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1986-04-16
Filing date: 1986-04-16
Publication date: 1987-07-29
Also published as: DE3703425A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Pruefen von Zahnraedern mittels Koordinatenmessgeraeten mit dem Ziel, die Messungen zu objektivieren und den Zeitaufwand zu senken. Aufgabe ist es vor allem, unter Anwendung bestimmter Abtaststrategien optoelektronischer Sensoren die Messungen von Zahnraedern zu automatisieren. Ausgehend von einem ersten, auf einer ausgewaehlten Bezugsflanke innerhalb einer Bezugsstrecke festgelegten und auf die Achse des Zahnrades bezogenen Bezugspunkt werden die Rechts- und Linksflanken einer Anzahl von Zaehnen durch einen Sensor fotoelektrisch in festgelegten Zeilenabstaenden abgetastet. Zur Auswertung werden die gewonnenen Messwerte der Bezugsflanke durch Sollflanken eingegrenzt. Die Sollflanken werden zu einer jeden abgetasteten Flanke ermittelt. Den durch die Sollflanken begrenzten Bereichen werden durch einen Rechner die ermittelten Messwerte zugeordnet und zu den entsprechenden Formelementen verdichtet.

Description

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und vor allem den Zeitaufwand beim Vermessen von Zahnrädern zu senken und die Messungen selbst zu objektivieren.

Ziel der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Messen von Zahnrädern zu schaffen, mit welchem unter Verwendung richtungsunabhängig messender optoelektronischer Sensoren und unter Anwendung bestimmter Antaststrategien eine automatisierte objektivierte Messung von derartigen Meßobjekten erreicht werden kann. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren zum Messen von Zahnrädern, bei welchem das zu prüfende Zahnrad auf einem Koordinatenmeßgerät aufgenommen und durch opto-elektronische Sensoren koordinatenmäßig abgetastet wird, und die ermittelten Meßwerte in einem Rechner mit gespeicherten, als fehlerfrei angenommenen Werten verglichen werden, wobei aus den ermittelten Abweichungen die Fehler der das Zahnrad bestimmenden Parameter ermittelt werden, dadurch gelöst, daß ausgehend von einem, etwa im Teilkreis einer ersten, zur Auswertung ausgewählten Bezugsflanke innerhalb einer Bezugsstrecke festgelegten und auf die Achse des Zahnrades bezogenen ersten Bezugspunkt Pa die innerhalb der Bezugsstecke liegenden Rechts- und Linksflanken durch den Sensor fotoelektrisch zeilenweise in festgelegten Zeilenabständen Δχ oder Ay zwischen dem Kopf- und dem Fußkreis des Zahnrades oder kreis- oder polygonförmig relativ zur Achse des Zahnrades abgetastet und die so ermittelten Meßwerte in einem Rechner gespeichert werden, wobei die Länge der Bezugsstrecke gleich der Zahnweite W ist, daß zur Auswertung der ermittelten Meßwerte vom Bezugspunkt P_A die zur Bezugsflanke gehörenden Meßwerte durch zwei Sollflanken eingesetzt werden, die vom Bezugspunkt Pa um einen, auf den Teilkreis des Zahnrades bezogenen Bogen ±F_P entfernt sind oder die mti Hilfe zweier zu F_p gehörender und auf die Achse des Zahnrades bezogener Winkel ±ε die Sollagen der Zahnflanken des Zahnrades festlegen, wobei der Abstand zwischen der Rechts- und der Linksflanke eines Zahnes gleich

ist, worin m der Modul, ζ die Zähnezahl und F_p die Summenteilungsabweichung sind, daß dann durch Drehung der zur

Bezugsflanke gehörenden Sollflanken um die Achse'des Zahnrades im Bereich der Zahnweite W um jeweils einen Teilungswinkel φ = diezu gleichgerichteten Zahnflanken gehörenden Meßwerte aus der Gesamtmenge der Meßwerte durch den

Rechner selektiert und zu entsprechenden Formelementen bzw. Zahnradparameter verdichtet und weiterverarbeitet werden.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Zahnrad durch die Sensoren in vier Quadranten in Richtung der Koordinaten des Meßgerätes abgetastet wird.

Es ist ferner vorteilhaft, wenn die Größe der Zeilenabstände Δχ und Δγ in Abhängigkeit vom Modul m oder einer gewünschten Anzahl von Meßpunkten über die Zahnhöhe dimensioniert sind.

Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird es ermöglicht, insbesondere Zahnräder weitestgehend automatisch und ojektiviert auf mit fotoelektrischen Sensoren ausgerüsteten Koordinatenmeßgeräten zu prüfen. Dabei werden grundsätzlich und rechnergestützt alle wesentlichen Verzahnungsabweichungen ermittelbar.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend ausführlicher anhand der Zeichnung erläutert werden. In der Zeichnung zeigen Fig. 1 ein zeilenweise abgetastetes Zahnrad und Fig.'2 die Winkelverhältnisse an einem Zahn des Zahnrades. Bei dem Verfahren zum Prüfen von Zahnrädern werden die zu prüfenden Zahnräder 1 auf dem Tisch eines mit optoelektronischen Sensoren ausgerüsteten Koordinatenmeßgerätes aufgenommen und durch diese Sensoren lichtelektrisch abgetastet. Die so ermittelten Meßwerte werden einem Rechner, in welchem alle zur Berechnung der Zahnweite W und anderer zur Berechnung der Zahnradgeometrie notwendiger Parameter, wie Modul m, Zähnezahl z, Eingriffswinkel a, Profilverschiebungsfaktor χ u.a., gespeichert sind. Weitere Größen, wie z. B. die Summenteilungsabweichung F_p, deren Betrag entsprechend der Qualität des Zahnrades festgelegt ist, werden ebenfalls als bekannte Größen in den Rechner eingegeben. Gemäß dem Verfahren werden ausgewählte Zähne 2; 3; 4 des Zahnrades 1 (Fig. 1) in, durch die Koordinaten X; Y des Meßgerätes vorgegebenen Vorzugsrichtungen automatisch durch die opto-elektronischen Sensoren überfahren. Dabei wird zunächst eine Bezugsflanke 5 des Zahnes 2 in einem etwa im Teilkreis des Zahnrades 1 liegenden Bezugspunkt P_A angetastet und die so ermittelten Meßwerte, die den Koordinaten dieses Bezugspunktes P_A entsprechen und auf die Koordinaten X_M; Y_M; Z_M der Achse M des Zahnrades 1 bezogen werden, im Rechner gespeichert.

Von dem Bezugspunkt P_A an der.Bezugsflanke 5 ausgehend, werden die Rechts- und Linksflanken von Zähnen 2; 3; 4, die sich innerhalb einer festgelegten Bezugsstecke befinden, in festgelegten Zeilenabständen Δχ oder Δγ zwischen dem Kopf- und Fußkreis des Zahnrades 1 abgetastet, wobei die Bezugsstrecke zweckmäßigerweise gleich der Zahnweite W ist, die aus gespeicherten Zahnraddaten errechnet wird. Die Abtastung kann auch auf entsprechenden Kreisbögen oder auf Polygonzügen in bestimmten Zeilenabständen um die Achse M des Zahnrades 1 herum erfolgen. Die so durch Abtastung der Zahnflanken des Zahnrades erhaltenen Meßwerte, die die Koordinaten der Abtastpunkte im Koordinatensystem X, Y des Meßgerätes repräsentieren, werden dem Rechner zugeführt und dort gespeichert.

Zur Auswertung der zur Bezugsflanke 5 gehörenden Meßwerte werden im Rechner durch zwei Sollflanken 6; 7 (Fig. 2) eingegrenzt, welche vom Bezugspunkt P_A um einen auf dem Teilkreis des liegenden Bogens entfernt sind, der der Summenteilungsabweichung F_p entspricht, oder mit Hilfe zweier zu F_p gehörender und auf die Achse M bezogener Winkel ± £ einen Grenzbereich durch Zahnflanken des Zahnes 2 festlegen. Analog dazu wird ein Grenzbereich durch die Sollflanken 9; 10 der Rechtsflanke 8 des Zahnes 2 festgelegt, wobei der Abstand der Rechts-und Linksflanke des Zahnes 2 auf dem Teilkreis gleich

ist, worin m der Modul und ζ die Zähnezahl sind.

Durch rechnerische Drehung der Bezugsflanke 5 und ihrer Sollflanken 6 und 7 sowie 9 und 10 um die Achse M um einen Teilungswinkel

2 ir . . .

_{φ =} -—bzw. durch Trans ormation er ollflanken 6un 7sowie9un "lOwerden

weitere Drehung um

φ = die Soliflanken der innerhalb der Bezugsstrecke liegenden Zähnen 4 usw. festgelegt, d. h. es wird an jeder Istflanke des

des Zahnrades 1 durch die Sollflanken ein Bereich eingegrenzt, der zur Selektierung der durch die Abtastung der Istflanken ermittelten Meßwerte und deren Zuordnung zu den einzelnen Formelementen des Zahnrades, wie z. B. den Rechts- und Linksflanken der einzelnen Zähne dient.

Aus den, den einzelnen Zahnflanken zugeordneten Meßwerten bzw. aus den Koordinaten der einzelnen Meßpunkte, die aus den durch Abtastung ermittelten Meßwerten gewonnen werden, sind die Abweichungen des Zahnrades, wie z. B. Abweichungen der Evolvente, der Zahndicke oder der Teilung durch den Rechner bestimmt und ausgegeben werden.

Für die Ermittlung von Zahnprofilen sind lineare Bewegungen der Sensoren während der Abtastung des Zahnrades am günstigsten. Deshalb erfolgen die Messungen auch in den Richtungen der Koordinaten -X; -Y; +X; +Y des verwendeten Koordinaten meßgerätes.

Bei der Abtastung gemäß dieser Strategie werden bei Zahnrädern mit kleiner Zähnezahl mindestens vier gleichmäßig über den Umfang verteilte Zähne abgetastet, bei allen anderen Zahnrädern alle im Bereich der Zahnweite W liegende Zähne. Die Größe der Zeilenabstände Δχ oder Δν richtet sich vor allem nach dem Modul m des Zahnrades 1 und der gewünschten Anzahl von Meßpunkten über der Zahnhöhe.

Sollen alle Zähne eines Zahnrades abgetastet werden, was z. B. zur Ermittlung der Kreisteilung und Zahndicke notwendig ist, so ist es vorteilhaft, den Sensor kreis- oder polygonförmig relativ zur Achse des Zahnrades über die Zähne zu bewegen. Dadurch werden alle Zahnflanken des Zahnrades unter gleichen günstigen Richtungen durch den Sensor abgetastet und eine sichere Ermittlung der Meßwerte gewährleistet. Diese Methode arbeitet schnell und zuverlässig auch die geometrischen, d. h. die mit der Außermittigkeit der Verzahnungsachse behafteten Abweichungen von Teilung und Zahndicke, wobei der Anteil der Außermittigkeit mittels des Rechners eliminiert werden kann.

Claims

1. Verfahren zum Messen von Zahnrädern, bei welchem das zu prüfende Zahnrad auf einem Koordinatenmeßgerät aufgenommen und durch opto-elektronische Sensoren koordinatenmäßig abgetastet wird, und die ermittelten Maßwerte in einem Rechner mit gespeicherten, als fehlerfrei angenommenen Werten verglichen werden, wobei aus den ermittelten Abweichungen die Fehler der das Zahnrad bestimmenden Parameter ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß ausgegehend von einem, etwa im Teilkreis einer ersten zur Auswertung ausgewählten Bezugsflanke innerhalb einer Bezugsstrecke festgelegten und auf die Achse des Zahnrades bezogenen ersten Bezugspunkt P_A die innerhalb der Bezugsstrecke liegenden Rechts- und Linksflanken durch den Sensor fotoelektrisch zeilenweise in festgelegten Zeilenabständen Δχ oder Ay zwischen dem Kopf- und dem Fußkreis des Zahnrades oder kreis- oder polygonförmig relativ zur Achse des Zahnrades abgetastet und die so ermittelten Meßwerte in einem Rechner gespeichert werden, wobei die Länge der Bezugsstrecke gleich der Zahnweite W ist, daß zur Auswertung der ermittelten Meßwerte vom Bezugspunkt P_A die zur Bezugsflanke gehörenden Meßwerte durch zwei Sollflanken eingegrenzt werden, die vom Bezugspunkt P_A um einen, auf den Teilkreis des Zahnrades bezogenen Bogen ± F_p entfernt sind oder die mit Hilfe zweier zu F_p gehörender und auf die Achse des Zahnrades bezogener Winkel ± ε die Sollagen derZahnflanken des Zahnrades festlegen, wobei der Abstand zwischen der Rechts- und der Linksflanke eines Zahnrades gleich

ist, worin m derModul,zdieZähnezahl und F_pdie Summenteilungsabweichung sind,

daß dann durch Drehung der zur Bezugsflanke gehörenden Sollflanken um die Achse des Zahnrades im Bereich der Zahnweite W um jeweils einen Teilungswinkel

φ = —— diezu gleichgerichteten Zahnflanken gehörenden Meßwerte aus der Gesamtmenge

der Meßwerte durch den Rechner selektiert und zu entsprechenden Formelementen bzw. Zahnradparameter verdichtet und weiterverarbeitet werden.

2. Verfahren nach Anspruch , dadurch gekennzeichnet, daß das Zahnrad durch die Sensoren in vier Quadranten in Richtung der Koordinaten des Meßgerätes abgetastet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Zeilenabstände Δχ und Ay in Abhängigkeit vom Modul m oder einer gewünschten Anzahl von Meßpunkten über der Zahnhöhe dimensioniert sind.

Hierzu 2 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen von Zahnrädern mittels optisch messenden Mehrkoordinatenmeßgeräten.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In der Praxis werden komplizierte Meßobjekte, z. B. Zahnräder oder Gewinde mit geringer Steigung, durch Koordinatenmessungen vermessen, indem an den Strukturkanten, die in einer Zwischenbildebene eines Profilpojektors oder Meßmikroskops sichtbar gemacht werden. Dabei werden durch Anlegen einer Visierlinie oder eines Visierkreuzes an einen anzumessenden Punkt der abgebildeten Struktur der Koordinaten x,, y,, z-,. dieses Punktes gewonnen (Lehmann „Leitfaden der Längenmeßtechnik", Verlag Technik, Berlin 1960,351 ff.). Diese Messungen erfolgen statisch und sind mit subjektiven Meßfehlern behaftet und erfordern einen großen Zeitaufwand.

Es ist bekannt, Strukturen und auch Körperkanten mit optoelektronischen Sensoren in Verbindung niif Mehrkoordinatenmeßgeräten anzutasten, um eine objektivierte Übernahme der Koordinaten von Meßpunkten an beliebig gerichteten Strukturen zu ermöglichen (DD-PS 224401).

Mit diesen Anordnungen ist eine dynamische Messung prinzipiell möglich. Sie ist jedoch, speziell bei komplizierten Meßobjekten, wie z. B. Zahnräder es sind, noch mit beträchtlichem Zeitaufwand verbunden, weil es erforderlich ist, die zu einem Formelement gehörenden Meßpunkte nacheinander aufzunehmen, zu speichern und die definierten Abweichungen zu berechnen und auszugeben. Es sind ferner Vorrichtungen zum Prüfen von Verzahnungen, speziell zur Prüfung der Flankenform bekannt, bei denen die Zahnflanken mechanisch durch Taster angetastet werden, wobei diese Taster so bewegt werden, daß die Tastfinger derTaster der Sollflanke folgen. Durch einen Soll-Ist-Vergleich der ermittelten Daten werden die Flankenformabweichungen errechnet (DE-OS 2364916; DE-AS 1926165; DE-OS 2333502). Grundsätzlich erfordern diese Vorrichtungen einen hohen Aufwand in bezug auf die exakte Bewegung und Führung der Taster.