DD286660A5

DD286660A5 - Verfahren und Vorrichtung zur optischen bzw. optoelektronischen Messung vonGewindeparametern

Info

Publication number: DD286660A5
Authority: DD
Publication date: 1991-01-31

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur optischen bzw. optoelektronischen Messung von Gewindeparametern von Auszengewinden (insbesondere Flankendurchmesser, Teilung und Flankenwinkel), vorzugsweise automatisch mit einer Koordinatenmeszmaschine. Die erfindungsgemaesze Aufgabe wird dadurch geloest, dasz die Gewindeflanken mit einer senkrecht zur Gewindeachse stehenden Visierlinie in wenigstens einer der senkrecht auf der Visierlinie stehenden Ebenen, die zur Axialebene des Gewindes einen Abstand vom Betrag ai haben, gemessen und die Meszwerte mit einem Korrekturwert ki korrigiert werden, wobei ai, ein fuer die jeweilige Gewindeart, den Gewindedurchmesser und den Radius des angetasteten Punktes an der Gewindeflanke des Prueflings charakteristischer Wert, der Abstand ist, bei dem die Kontur der angetasteten Gewindeflanke in der Schnittebene, die durch die Visierlinie und einer Parallelen zur Gewindeachse aufgespannt ist, am weitesten in die Gewindeluecke hineinragt und ki zugehoerig zu ai ist. Das Verfahren ist in einfacher Weise in einer Dreikoordinatenmeszmaschine mit einer Visiereinrichtung in der z-Achse durchfuehrbar. Letztlich lassen sich alle interessierenden Gewindeparameter, wie Flankendurchmesser, Teilung, Flankenwinkel und Gewindeprofil, einschlieszlich ihrer Zuordnung zum tatsaechlichen Verlauf der Achse feststellen. Die hohe Genauigkeit moderner Dreikoordinatenmeszmaschinen kann ohne Abstriche direkt genutzt werden. Bei Verwendung moderner praeziser Taster ist die Meszgenauigkeit mit der der Dreidrahtmethode, d. h., der bisher besten, vergleichbar. Bestehende aeltere Geraete koennen mit geringem Aufwand nachgeruestet werden. Ebenso ist es moeglich, Zweikoordinatenmeszmaschinen einzusetzen, indem bei diesen oder anderen Geraeten Mittel zur Voreinstellung des Objektpunktes der Visiereinrichtung auf wenigstens eine der o. g. Meszebenen, wie vorzugsweise mechanische oder optische Mittel zur AEuszerung der Objektweite der Visiereinrichtung, vorgesehen werden.{optische, optoelektronische Messung; Gewindeparameter; Auszengewinde Flankendurchmesser; Teilung; Flankenwinkel; Gewindeprofil, automatisch; Koordinatenmeszmaschine; Gewindeflanke}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfinduing betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur optischen bzw. optoelektronischen Messung von Gowindeparamotorn von Außengewinden (insbesondere Flankendurchmesser, Teilung und Flankenwinkel), vorzugsweise automatisch mit einer Koordinatenmeßmaschine.

Charakteristik das bekannten Standes der Technik

Zur Messung r^r Güwindeparametcr von Außengewinden sind bereits Anfang diesen Jahrhunderts fundamentale Verfahren und Geräte entwickelt und in die Praxis eingeführt worden/1 /. Die weit verbreiteten optischen Meßgeräte nach Art der Universalmeßmikroskope haben zur Grundlage, das zu prüfende Außengewinde im Aclisenschnitt, in dem das Nennprofil des Gewindes definiert ist, entweder mittels des Schattenbildverfahrens oder mittels flngoschobener Moßschneidon zu messen. Die am häufigsten angewendete Methode ist dabei die Messung im Schattenbild. Eingesetzt werden Universalmeßmikroskopo oder Koordinatenmeßgeräte. Das Meßobjekt wird meist von unten mittels einer Durchlichtbeleuchtungseinrichtung telezentrisch beleur Stet. Mit der op.(schon Visiereinrichtung, die an einer schwenkbaren Säule des Meßgerätes gelagert ist, wird die Schattenkontur dos zu prüfendon Gewindes oder die entstehende Interferenzlinie angotastfit/2/. Hierzu werden die Visiereinrichtung und die Durchlichtbeleuchtungseinrichtung um den mittleren Steigungswinkel des zu prüfendon Gewindes aus der zur Gewindeachse senkrechten Nullage herausgeschwonkt, so daß die optische Achse der Belouchtungs- und Visiereinrichtung in der Mitte der Gewindeflanke als Tangente an der Gewindoschraubfläche bzw. zu dieser parallel liegt und die oben genannte Definitionsebeno als scharfe Schattenkante unmittelbar odor mit guter Annäherung sichtbar wird. Der Vorteil dieser Methode ist ihre Einfachheit, da die Messung in einer vorgogebonon Moßebene, ohne Hilfsmittel wie Meßschneiden u.a. erfolgt. Nachteilig ist, daß die optische Achse dor Visiereinrichtung gekippt werden muß. Die hierzu erforderlichen Mittel, wie zusätzliche Lagerungen, Schwenkeinrichtungen und Gestelldurchbrüche, erhöhen nicht nur schlechthin den Geräteaufwand, sie sind vor allem infolge nutwendiger Toleranzen und Fertigungsungenauigkeiten zusätzliche Fehlerquellen. Als weiterer Nachteil ist /u nennen, daß das Verfahren nicht oder nur mit hohem Aufwand zu automatisieren ist. Bei einer Lösung nach DE-OS 3432057 ist eine nicht schwenkbare Visiereinrichtung im rechten Winkel zur Gewindeachse angeordnet. Im Strahlengang sind Elemente vorgesehen, mit denen die Richtung des Beleuchtungsstrahls parallel zürn mittleren Steigungswinkel des Gewindes eingestellt werden kann. Dadurch entfällt das Kippen der gesamten Visiereinrichtung. Der Fehler wird verringert. Die Gesamtgenauigkeit ist aber weiterhin unbefriedigend, da wechselnde Reflexionsverhältnisse die Ablesegenauigkeit beeinträchtigen.

/2/ Warnecko, H.-J.; Dutschke, W.: Fertigungsmeßtechnik Handbuch für Industrie und Wissenschaft. Springer Verlag Berlin Heidelberg - New York - Tokio 1984

Ziel der Erfindung Ziel der Erfindung ist es, die Gewindeparameter mit hoher Genauigkeit und mit vertretbarem Aufwand automatisch zu messen. Darlegung des Wesens der Erfindung

Es wurde gefunden, daß die bisherige Auffassung, unbedingt die Visiereinrichtung zu kippen, um die richtigen Gewindeparameter zu messen, insofern unbegründet ist, als zwischen bestimmten, mit senkrecht auf der Gewindoachse stehender Visierlinie gemessenen, an sich tatsächlich falschen Gewindeparametern und den nur im Achsschnitt richtigen Worten für jede Gewindeart, jeden Durchmesser und jeden Radius des angetasteten Punktes an der Gewindeflanke des Prüflings ein eineindeutiger, durch Messung oder Berechnung feststellbarer Zusammenhang besteht, d.h., diese an sich falschen Werte gemessen in einfacher Weise durch einen zuvor ermittelten Korrekturfaktor auf den richtrigen Wert korrigiert werden können. Aufgabe der Erfindung .st es, die Verfahrens- bzw. Vorrichtungsmerkmale zu nennen, mit denen, leicht automatisierbar, die in einfacher Welse korrigierbaren Gewindeparameter gemessen werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Gewindeflanken mit einer senkrecht zur Gewindeachse stehenden Visierlinie in wenigstens einer der senkrecht auf der Visierlinie stehenden Ebenen, die zur Axialebene des Gewindes einen Abstand vom Betrag a_t haben, gemessen und die Meßwerte mit einem Korrekturwert k, korrigiert werden, wobei a_1# ein für die jeweilige Gewindeart, den Gewindedurchmerser und den Radius des angetasteten Punktes an der Gewindeflanke des Prüflings charakteristischer Wert, der Abstand ist, bei dem die Kontur der angetasteten Gewindeflanke in der Schnittebene, die durch die Visierlinie und einer Parallelen zur Gewindeachse aufgespannt ist, am weitesten in die Gewindelücke hineinragt und k, zugehörig zuaiist.

Das Verfahren ist in einfacher Weise in einer Dreikoordinatenmeßmaschine mit einer Visiereinrichtung in der z-Achse durchführbar. Soll zum Beispiel nur der Flankendurchmesser metrischer Gewinde geprüft werden, genügt es, in der Steuerung der z-Achse die für die verschiedenen Flankendurchmesser zugehörigen a, und k, zu speichern, die im Abstand a, oberhalb der Gewindoachse liegende Ebene anzusteuern, auf der einen Gewindeseite die zugehörige Gewindoflanke anzutasten und den Meßwert zu speichern. Danach wird in derselben Ebene auf der anderen Gewindeseite die entge& engesetzte Gewindeflanke oder in der um a, unterhalb dor Gewindeachse liegenden Ebene die in gleicher Richtung liegende Gewindeflanke angetastet und der zweite Meßwert gespeichert. Die Differenz der gespeicherten Koordinaten in der quer zum Gewinde liegenden Achse dor χ-, y-Ebone entspricht dann dem mit dem Korrekturwert k, auf den richtigen Flankendurchmesser zu korrigierenden Wert. In Erweiterung dieser Messung ist es möglich, weitere a₍ und k, in Abhängigkeit vom Radius des angetasteten Gewindepunktes oder/und von der Gewindeart zu speichern, von der Messung Gewindeart und Durchmesser einzugeben und dann automatisch beispielsweise die Gewindeflanken in wenigstens zwei auf einem unterschiedlichen Radius liegenden Punkten ab) itaston, mit der Meßschaltung sofort zu korrigieren und die tatsächlichen Gewindeparameter bzw. die Abweichungen von der Norm zu ermitteln.

Ebenso ist es möglich und vorteilhaft, mit den beim Antasten mehrerer auf unterschiedlichem Radius liegender Flankonpunkto gewonnenen unkorrigierten Meßwerten einen noch falschen Flankendurchmessor zu ermitteln und diesen mit dem ihm zugehörigen Korrekturfaktor k_t auf den richtigen Wert zu korrigieren.

Letztlich lassen sich alle interessierenden Gewindeparameter, wie Flankendurchmesser, Teilung, Flankonwinkel und Gewindeprofil, einschließlich ihrer Zuordnung zum tatsächlichen Verlauf der Achse, feststellen. Die hohe Genauigkeit moderner Dreikoordinatenme^maschinen kann ohne Abstriche direkt genutzt werden. Bei Verwendung moderner präziser Taster ist die Meßgenauigkeit mit der der Dreidrahtmethode, d. h., der bisher besten, vergleichbar. Bestehende ältore Geräte können mit geringem Aufwand nachgerüstet werden. Ebenso ist es möglich, Zweikoordinatonmaßmaschinen oinzuseüon, indem bei diesen oder anderen Goräton Mittel zur Voreinstellung des Objektpunktes der Visiereinrichtung auf wenigstens eine dor ο. g. Meßebenen, wie vorzugsweise mechanische oder optische Mittel zur Änderung der Objektweite der Visiereinrichtung, vorgesehen werden.

Ausfuhrungsbeispiel

Dio Zeichnung zeigt einen Meßaufbau zur erfindungsgemäßen optischen bzw. optoelektronischen Messung vcn Außengewinden im Schattenbild.

Das zu messende Außengewinde 5 ist mit seiner Achse 6 auf oinem nicht näher dargestellton Koordinatenmeßtisch befestigt. Senkrecht zum Tisch und zur Gewindeachse 6 ist über dem Außengewinde 5 ein Meßmikroskop, bestehend aus Okular 1, verstellbarer Strichplatte 2 und Objektiv 3, angeordnet. Dom Meßmikroskop ist eine mechanische und/odor optische Einrichtung 4 zur optischen Objektweitenänderung zugeordnet.

Zur Messung wird die Objektweite auf eine der beiden außeraxialen Meßebenen 7 und 8 eingestellt. Sie habon jeweils einen Abstand a, zur Achsebene. Die Größe von a, ist von der jeweiligen Gewindeart, dom Gewindedurchmesser und dem Raoiw ^es angetasteten Punktos an der Gewindoflanke dos Prüflings abhängig-. Sie ist vorher zu ermitteln. Das ist auch meßtechnisch, boispiolswoiso auf einer Drpikoordinatonmoßmaschine, möglich. Dabei ist von der in der Darlegung dos Wesons dor Erfindung gegebenen Definition des Abstandes a, auszugehen.

Mit dom Fadenkrouz der Strichplatte 2 (oder einem optoelektronischen Taster) wird in der eingestellten Meßebene ein Punkt der Gewindoflanko angetastot. Dio Koordinaten des angetasteten Punktes in der x-y-Ebono worden gespeichert und danach wird ein weiterer Punkt derselben Flanke oder/und Punkte der benachbarten oder/und gegenüberliegenden Flanko angetastet. Auf der Basis dioscr Meßwerte können wio üblich Gewindeparameter ermittelt werden. Sie sind aber noch falsch, ihre Abweichung vom richtigen Wert ist für eine Gewindeart, Gewindedurchmesser und angetasteten Punkt konstant und kann mit einem a, zugehörigen Korrekturwert k| korrigiert werden. Dio Korrekturwerte ki können auch durch vorhorigo Kalibriermessungon ermittelt werden.

Claims

1. Verfahren zur optischen bzw. optoelektronischen Messung von Gewindeparamete η von Außengewinden im Schattenbild, gekennzeichnet dadurch, daß die Gewindeflanken mit einer senkrecht zur Gewindeachse stehenden Visierlinie in wenigstens einer der senkrecht auf der Visierlinie stehenden Ebenen (7 oder/und 8), die zur Axialebene (6) des Gewindes einen Abstand vom Betrag a, haben, gemessen und die Meßwerte mit einem Korrekturwert k, korrigiert werden, wobei a₁₍ ein für die jeweilige Gewindeart, den Gewindedurchmesser und den Radius des angetasteten Punktes an der Gewindeflanke des Prüflings charakteristischer Wert, der Abstand ist, bei dem die Kontur der angetasteten Gewindeflanke in der Schnittebene, die durch die Visierlinie und einer Parallelen zur Gewindeachse aufgespannt ist, am weitesten in die Gewindelücke hineinragt, und k,, zugehörig zu a, ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß mehrere Flankenpunkte angetastet, mit diesen Meßwerten ein Gewindeparameter ermittelt und dieser Gewindeparameter mit dem zu diesem Radius gehörenden Korrekturfaktor k, auf den richtigen Wert korrigiert wird.

3. Vorrichtung zur optischen bzw. optoelektronischen Messung von Gewindeparametern von Außengewinden mit einer im rechten Winkel zur Gewindeachse angeordneten und in der Visierlinie verstellbaren Visiereinrichtung, gekennzeichnet dadurch, daß Mittel zur Voreinstellung des Objektpunktes der Visiereinrichtung auf wenigstens eine der Ebenen (7 oder/und 8), die zur Axialebene (6) des Gewindes einen Abstand vom Betrag a, haben, vorhanden sind und die Meßschaltung diesen Ebenen zugeordnet ist, wobei a₁₍ ein für die jeweilige Gewindeart, den Gewindedurchmesser und den Radius des angetasteten Punktes an der Gewindeflanke des Prüflings charakteristischer Wert, der Abstand ist, bei dem die Kontur der angetasteten Gewindeflanks in der Schnittebene, die durch die Visierlinie und eine: Parallelen zur Gewindeachse aufgespannt ist, am weitesten in die Gewindelücke hineinragt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, daß in der Meßschaltung jedem Wert ai zugeordnete Werte k, zur Korrektur der Meßwerte gespeichert oder einstellbar sind.