DD248186A1

DD248186A1 - METHOD FOR MEASURING GEARS

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.The invention relates to a method for testing of toothed wheels by means of coordinate measuring machines with the aim of objectifying the measurements and reducing the time required. The main task is to automate the measurements of cog wheels using certain scanning strategies of optoelectronic sensors. Starting from a first reference point, which is determined on a selected reference edge within a reference path and related to the axis of the gearwheel, the right and left edges of a number of teeth are scanned photoelectrically by a sensor at fixed line spacings. For evaluation, the acquired measured values of the reference edge are limited by reference edges. The reference edges are determined at each sampled edge. The areas determined by the desired edges are assigned the measured values determined by a computer and compressed into the corresponding form elements.

Description

Object of the invention

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.It is the object of the invention to eliminate the disadvantages of the prior art and, above all, to reduce the time required for measuring gears and to objectify the measurements themselves.

Object of the invention

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 gleichThe invention has for its object to provide a method for measuring gears, with which using direction-independent measuring optoelectronic sensors and using certain Antaststrategien an automated objectified measurement of such objects can be achieved. According to the invention, this object is achieved in a method for measuring gears, in which the gear to be tested is recorded on a coordinate and co-sampled by opto-electronic sensors, and the measured values are compared in a computer with stored, assumed to be error-free values From the determined deviations, the errors of the gear-determining parameters are determined by solving that starting from a first reference point Pa defined within the reference circle, for example in the pitch circle of a first reference edge selected for evaluation within a reference span and related to the axis of the gear lying right and left flanks by the sensor photoelectrically line by line at specified line spacing Δχ or Ay between the head and the root of the gear or circular or polygonal scanned relative to the axis of the gear and the thus determined Meß be stored in a computer values, wherein the length of the reference distance equal to the tooth width is W, that for evaluating the measured values determined from the reference point P _A belonging to the reference edge values are used by two target edges that of the reference point Pa to a region at the pitch circle Gearwheel-related arc ± F _{P are} removed or mti help with two belonging to F _p and related to the axis of the gearwheel angle ± ε define the desired positions of the tooth flanks of the gear, wherein the distance between the right and the left flank of a tooth equal

ist, worin m der Modul, ζ die Zähnezahl und F_p die Summenteilungsabweichung sind, daß dann durch Drehung der zurin which m is the modulus, ζ the number of teeth and F _{p is} the cumulative pitch deviation, then by rotation of the to

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 denReference flank belonging to desired edges around the axis'des the gear in the range of the tooth width W by one pitch angle φ = the same to the rectified tooth flanks belonging to the measured values from the total amount of the measured values

Rechner selektiert und zu entsprechenden Formelementen bzw. Zahnradparameter verdichtet und weiterverarbeitet werden.Calculator selected and compressed to corresponding form elements or gear parameters and further processed.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Zahnrad durch die Sensoren in vier Quadranten in Richtung der Koordinaten des Meßgerätes abgetastet wird.It is advantageous if the gear is scanned by the sensors in four quadrants in the direction of the coordinates of the meter.

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.It is also advantageous if the size of the line spacings Δχ and Δγ are dimensioned as a function of the module m or a desired number of measuring points over the tooth height.

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.By applying the method according to the invention, it is possible, in particular, to check gears, to the greatest extent automatically and in an objectivised manner, on coordinate measuring machines equipped with photoelectric sensors. Basically and computer-aided, all major gear deviations can be determined.

embodiment

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.The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. In the drawing, Fig. 1 shows a line-scanned gear and Fig.'2 the angular relationships on a tooth of the gear. In the method for testing gears, the gears to be tested 1 are recorded on the table of a coordinate measuring machine equipped with optoelectronic sensors and scanned by these sensors photoelectrically. The measured values determined in this way are stored in a computer in which all parameters necessary for calculating the tooth width W and other parameters necessary for calculating the gear geometry, such as modulus m, number of teeth z, pressure angle α , profile shift factor χ and others, are stored. Other sizes, such. As the sum pitch deviation F _p , whose amount is determined according to the quality of the gear are also entered as known quantities in the computer. According to the method, selected teeth 2; 3; 4 of the gear 1 (FIG. 1) in FIG. 1, through the coordinates X; Y of the meter predetermined preferred directions automatically run over by the opto-electronic sensors. In this case, first a reference edge 5 of the tooth 2 is probed in a lying approximately in the pitch circle of the gear 1 reference point P _A and the thus determined measured values corresponding to the coordinates of this reference point P _A and the coordinates X _M ; Y _M ; Z _{M of} the axis M of the gear 1 related, stored in the computer.

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.Starting from the reference point P _A on the reference edge 5, the right and left flanks of teeth 2; 3; 4, which are located within a fixed reference patch, scanned at predetermined line spacing Δχ or Δγ between the head and Fußkreis of the gear 1, wherein the reference path is advantageously equal to the tooth width W, which is calculated from stored gear data. The scanning can also be done on corresponding arcs or on polygons at certain line spacing about the axis M of the gear 1 around. The measured values thus obtained by scanning the tooth flanks of the gear wheel, which represent the coordinates of the sampling points in the coordinate system X, Y of the measuring device, are fed to the computer and stored there.

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 gleichFor the evaluation of the reference edge 5 associated measured values are in the computer by two set edges 6; 7 (Fig. 2), which are distant from the reference point P _A by one on the pitch circle of the lying arc corresponding to the cumulative pitch deviation F _p , or by means of two angles associated with F _p and related to the axis M ± a boundary area Set by tooth flanks of the tooth 2. Similarly, a boundary region by the target edges 9; 10 of the right flank 8 of the tooth 2 set, wherein the distance between the right and left flank of the tooth 2 on the pitch circle equal

ist, worin m der Modul und ζ die Zähnezahl sind.where m is the modulus and ζ is the number of teeth.

Durch rechnerische Drehung der Bezugsflanke 5 und ihrer Sollflanken 6 und 7 sowie 9 und 10 um die Achse M um einen TeilungswinkelBy mathematical rotation of the reference edge 5 and its set edges 6 and 7 and 9 and 10 about the axis M by a pitch angle

2 ir . . .2 ir. , ,

_{φ =} -—bzw. durch Trans ormation er ollflanken 6un 7sowie9un "lOwerden _{φ =} --bzw. By trans-ormation, the flanks will rise to 6s and 9s

weitere Drehung umanother turn around

φ = die Soliflanken der innerhalb der Bezugsstrecke liegenden Zähnen 4 usw. festgelegt, d. h. es wird an jeder Istflanke desφ = the soliflutes of the teeth 4 within the reference path, etc. are fixed, d. H. it will be on every actual flank of the

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.of the gear 1 is limited by the set edges, a range for the determination of the determined by the sampling of the actual edges measured values and their assignment to the individual form elements of the gear, such. B. the right and left flanks of the individual teeth is used.

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.From the, the individual tooth flanks associated measured values or from the coordinates of the individual measuring points, which are obtained from the measured values determined by sampling, the deviations of the gear, such. B. deviations of the involute, the tooth thickness or the pitch are determined and output by the computer.

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.For the determination of tooth profiles are linear movements of the sensors during the scanning of the gear most favorable. Therefore, the measurements also take place in the directions of the coordinates -X; -Y; + X; + Y of the used coordinate measuring instrument.

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.When scanning according to this strategy, at least four evenly distributed teeth over the circumference are scanned in gears with small numbers of teeth, all other teeth lying in the range of tooth width W teeth. The size of the line spacing .DELTA.χ or Δν depends mainly on the module m of the gear 1 and the desired number of measuring points above the tooth height.

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.If all the teeth of a gear to be scanned, what z. B. is necessary to determine the circular graduation and tooth thickness, it is advantageous to move the sensor in a circular or polygonal shape relative to the axis of the gear on the teeth. As a result, all tooth flanks of the gear are scanned under the same favorable directions by the sensor and ensures a reliable determination of the measured values. This method works quickly and reliably even the geometric, d. H. the deviations of pitch and tooth thickness associated with the eccentricity of the tooth axis, wherein the proportion of eccentricity can be eliminated by means of the computer.

Claims

1. A method for measuring gears, in which the gear to be tested is recorded on a coordinate and co-sampled by opto-electronic sensors, and the measured values are compared in a computer with stored, assumed to be error-free values, wherein the deviations determined the errors of the gear determining parameters are determined, characterized in that starting from one, approximately in the pitch circle of a first reference edge selected for evaluation within a reference distance and related to the axis of the gear first reference point P _A lying within the reference path right and Trailing edges through the sensor photoelectrically line by line at specified line spacing Δχ or Ay between the head and the root of the gear or scanned in a circular or polygonal relative to the axis of the gear and stored the measured values in a computer are, wherein the length of the reference path is equal to the tooth width W, that for the evaluation of the determined measured values from the reference point P _A, the measured values belonging to the reference edge are bounded by two reference edges, the reference point P _A to a, relative to the pitch circle of the gear arc ± F _{p are} removed or the two associated with F _p and on the axis of the gearwheel related angle ± ε define the desired positions of the tooth flanks of the gear, wherein the distance between the right and the left flank of a gear equal

where m is the modulus, z is the number of teeth and F _{p is} the cumulative pitch deviation,

that then by rotation of the reference edges belonging to the reference edges around the axis of the gear in the range of the tooth width W by one pitch angle

φ = - the measured values belonging to the rectified tooth flanks from the total quantity

the measured values are selected by the computer and compressed to corresponding form elements or gear parameters and further processed.

2. The method according to claim, characterized in that the gear is scanned by the sensors in four quadrants in the direction of the coordinates of the meter.

3. The method according to claim 1, characterized in that the size of the line spacing Δχ and Ay are dimensioned as a function of the module m or a desired number of measuring points above the tooth height.

For this 2 page drawings

Field of application of the invention

The invention relates to a method for measuring gears by means of optically measuring Mehrkoordinatenmeßgeräten.

Characteristic of the known technical solutions

In practice, complicated DUTs, z. As gears or threads with low pitch, measured by coordinate measurements by the structural edges, which are made visible in an intermediate image plane of a profile ejector or measuring microscope. In this case, by applying a sighting line or a sighting cross to a point to be measured the imaged structure of the coordinates x ,, y ,, z-. (Lehmann "Leitfaden der Längenmeßtechnik", Verlag Technik, Berlin 1960, 3151 ff.) These measurements are static and subject to subjective measurement errors and require a great deal of time.

It is known to touch structures and also body edges with optoelectronic sensors in conjunction with multi-coordinate measuring devices in order to enable an objectified acquisition of the coordinates of measuring points on structures of any orientation (DD-PS 224401).

With these arrangements, a dynamic measurement is possible in principle. It is, however, especially in complicated DUTs, such. As gears are, still associated with considerable expenditure of time, because it is necessary to successively record the measuring points belonging to a mold element, store and calculate the defined deviations and output. There are also known devices for testing gears, especially for testing the flank form, in which the tooth flanks are mechanically touched by means of pushbuttons, wherein these push buttons are moved so that the probing fingers follow the stylus of the desired flank. By a target-actual comparison of the data obtained, the flank shape deviations are calculated (DE-OS 2364916, DE-AS 1926165, DE-OS 2333502). Basically, these devices require a lot of effort in terms of the exact movement and guidance of the probe.