DE10102628A1

DE10102628A1 - Measuring bore in workpiece formed by honing tool by geometrically evaluating wall thickness signal e.g. from ultrasound sensor

Info

Publication number: DE10102628A1
Application number: DE2001102628
Authority: DE
Inventors: Werner Knauer; Uwe-Peter Weigmann
Original assignee: Nagel Maschinen und Werkzeugfabrik GmbH
Current assignee: Nagel Maschinen und Werkzeugfabrik GmbH
Priority date: 2001-01-18
Filing date: 2001-01-18
Publication date: 2002-07-25

Abstract

The method involves measuring the wall thickness of the workpiece in the region of the bore from at least one measurement point, to produce at least one wall thickness signal. The wall thickness signal is evaluated to geometrically characterize the bore. The measurement of wall thickness is performed by transmitting an acoustic signal and measuring the propagation time. Independent claims are also included for: (a) a measuring device (b) a honing apparatus (c) the use of an ultrasound sensor for characterizing a bore

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Messeinrichtung zur Vermessung einer honbearbeiteten Bohrung in einem Werk stück.The invention relates to a method and a measuring device for measuring a honed bore in a plant piece.

Normalerweise erfolgt beim Honen die Erfassung des Durch messers der zu bearbeitenden Bohrung in einem Werkstück mit Hilfe einer Luftmesseinrichtung, die sich im Honwerkzeug befindet. In der Regel sind dabei zwei oder mehr Messdüsen diametral am Werkzeug zwischen den Honleisten angeordnet. Den Messdüsen wird, beispielsweise über einen Ringverteiler, ein Luftstrom zugeleitet. Der in dem System herrschende Luftdruck ayxermöglicht es, den Abstand zwischen den Luftmessdüsen und der Bohrungswand zu messen. Der Messbereich dieser Luftmeß systeme beträgt jedoch typischerweise maximal ca. 150 µm. Normally, the honing takes place during honing knife of the bore to be machined in a workpiece Using an air measuring device located in the honing tool located. Usually there are two or more measuring nozzles arranged diametrically on the tool between the honing stones. The Measuring nozzles, for example via a ring distributor Airflow supplied. The air pressure in the system ayxmeasures the distance between the air measuring nozzles and the bore wall to measure. The measuring range of this air measurement systems is typically a maximum of approx. 150 µm.

Werden während des Honens mehr als 150 µm zerspant, kann eine Luftmesseinrichtung normalerweise nicht eingesetzt werden. In diesem Fall wird dann in der Regel ein Messkaliber einge setzt. Messkaliber können jedoch nur am oberen und/oder unteren Ende der Bohrung eingesetzt werden. Eine direkte Durchmesserkontrolle im Inneren der Bohrung ist nicht möglich. Indirekt können über eine Messung des Hondrehmo mentes Durchmesserunterschiede über die Bohrungslänge qualitativ erfasst werden.If more than 150 µm is cut during honing, one can Air measuring devices are normally not used. In this case, a measuring caliber is usually inserted puts. However, measuring calibers can only be on the upper and / or lower end of the hole. A direct one Check the diameter inside the hole is not possible. Indirectly, a measurement of the honing torque Differences in diameter over the length of the hole be recorded qualitatively.

Task and solution

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Messein richtung zur Vermessung einer honbearbeitenden Bohrung in einem Werkstück zu schaffen, mit denen die Nachteile des vorgenannten Standes der Technik vermieden werden. Insbe sondere soll eine zuverlässige Vermessung der Bohrungs geometrie von Bohrungen oder anderen im wesentlichen zylin drischen Öffnungen in rohrförmigen Werkstückabschnitten oder Werkstücken ermöglicht werden.The object of the invention is a method and a measurement Direction for measuring a honing hole in to create a workpiece with which the disadvantages of aforementioned prior art can be avoided. in particular In particular, a reliable measurement of the bore should geometry of bores or other essentially cylindrical or openings in tubular workpiece sections or Workpieces are made possible.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 und eine Messeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 14 gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteran sprüchen dargestellt. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht.This task is accomplished by a process with the characteristics of Claim 1 and a measuring device with the features of Claim 14 solved. Further training is in the Unteran sayings. The wording of all claims will made by reference to the content of this description.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Wanddicke bzw. Wandstärke des Werkstücks im Bereich der Bohrung an mindestens einer Messstelle gemessen wird. Dabei wird mindestens ein Wanddickensignal erzeugt, das zur geometrischen Charakterisierung der Bohrung bzw. der Bohr ungsgeometrie ausgewertet wird. The method according to the invention is characterized in that that the wall thickness or wall thickness of the workpiece in the area the hole is measured at at least one measuring point. At least one wall thickness signal is generated, which for geometrical characterization of the hole or the hole geometry is evaluated.

Durch die Erfindung ist es möglich, während des Honprozesses Wanddicken von Werkstücken und daraus z. B. Innendurchmesser der zu bearbeitenden Bohrungen zu bestimmen, ohne, wie bei spielsweise bei einer Luftmeßmethode der Fall, vom Spanabtrag am Werkstück limitiert zu werden. Auch ist eine Durchmesser kontrolle über die gesamte Bohrungslänge möglich. Es kann überprüft werden, ob die Bohrung beispielsweise einen Mitten versatz aufweist, unrund ist, nicht exakt gerade im Werkstück verläuft oder sich vielleicht an einer oder mehreren Stellen im Durchmesser verengt oder erweitert. Die Wanddickensignale können zur Steuerung des Honprozesses verwendet werden. Damit ist es z. B. möglich, exakt vorzugeben, wo innerhalb der Bohr ung noch nachgehont werden muß, oder wo ein Sollinnendurch messer bereits erreicht ist.The invention makes it possible during the honing process Wall thicknesses of workpieces and z. B. inner diameter to determine the holes to be machined without, as in for example in the case of an air measurement method, from chip removal to be limited on the workpiece. There is also a diameter Control over the entire bore length possible. It can be checked whether the hole, for example, a center offset, is out of round, not exactly straight in the workpiece runs or maybe in one or more places narrowed or expanded in diameter. The wall thickness signals can be used to control the honing process. In order to is it z. B. possible to specify exactly where within the Bohr must still be honed, or where a target inside knife has already been reached.

Als Bohrungen im Sinne der Anmeldung werden alle im wesent lichen zylindrischen Öffnungen in Werkstücken verstanden, die entweder bereits bei der Herstellung des Werkstückes mit aus geformt wurden, beispielsweise beim Strangpressen oder Gießen od. dgl., oder nachträglich durch einen Bohrprozeß od. dgl. in das Werkstück eingebracht wurden. Die zu bearbeitenden Werkstücke sind vorzugsweise rohrförmig oder besitzen mindes tens einen rohrförmigen Werkstückabschnitt. Rohrförmige Teile sind besonders günstig zu vermessen, da bei Ihnen in der Regel die Dicke der einen Bohrung umgebenen Wandung über den Bohrungsumfang nicht oder nicht wesentlich variiert. Es ist auch möglich, das erfindungsgemäße Verfahren an Zylinderlauf buchsen, an Motorblöcken oder anderen honbearbeiteten Werk stücken einzusetzen deren Form von der Rohrform abweicht.As drilling in the sense of the registration, all are essentially Lichen understood cylindrical openings in workpieces that either already during the manufacture of the workpiece were formed, for example during extrusion or casting or the like, or subsequently by a drilling process or the like. have been introduced into the workpiece. The ones to be processed Workpieces are preferably tubular or have at least one at least one tubular workpiece section. Tubular parts are particularly inexpensive to measure, because in the Rule the thickness of the wall surrounding a hole over the Bore size not or not significantly varied. It is also possible, the inventive method on cylinder barrel bushings, on engine blocks or other honed work insert pieces whose shape differs from the tube shape.

Bei der Messung der Wandungs- bzw. Wanddicke des Werkstücks wird vorzugsweise mindestens ein akustisches Signal bzw. Schallsignal aus mindestens einer Schallquelle ausgesendet. When measuring the wall or wall thickness of the workpiece preferably at least one acoustic signal or Sound signal emitted from at least one sound source.

Die Schallquelle bzw. der Schallsender ist dabei auf das Werkstück ausgerichtet. Messparameter bei der Messung der Wanddicke ist die Laufzeit, die das Schallsignal zwischen der Schallquelle und mindestens einem Schallempfänger zurücklegt. Die Schallquelle und der Schallempfänger können zwei räumlich voneinander getrennte Apparaturen sein. Bevorzugt ist jedoch, wenn der Schallsender und der Schallempfänger in einer ge meinsamen Sende-Empfangseinheit integriert sind. Besonders bevorzugt werden Ultraschallsensoren zur Aussendung und zum Empfang von Ultraschallsignalen verwendet. Die Wanddicke des Werkstückes wird aus einem Laufzeitunterschied zwischen einem an einer Außenfläche des Werkstückes reflektierten Anteil des Schallsignals und einem an einer Innenfläche des Werkstückes, nämlich der bearbeiteten Bohrungsinnenwand, reflektierten An teil des Schallsignal bestimmt. Es kann also mittels einer Laufzeitmessung des Schalls, bei gegebener Schallgeschwin digkeit, der Ein- und Austrittspunkt des Schalles am Werk stück bestimmt und daraus die Wandstärke abgeleitet werden. Auch andere Verfahren zur Wanddickenmessung können je nach Werkstückmaterial und -form geeignet sein, beispielsweise optische, elektrische, elektromagnetische und/oder mecha nische Verfahren.The sound source or the sound transmitter is on the Workpiece aligned. Measurement parameters when measuring the Wall thickness is the term that the sound signal passes between the Sound source and at least one sound receiver. The sound source and the sound receiver can be two spatial be separate devices. However, it is preferred if the sound transmitter and the sound receiver are in a ge common sender-receiver unit are integrated. Especially ultrasonic sensors for transmission and for are preferred Reception of ultrasound signals used. The wall thickness of the Workpiece becomes a runtime difference between one portion of the reflected on an outer surface of the workpiece Sound signal and one on an inner surface of the workpiece, namely the machined bore inner wall, reflected on part of the sound signal determined. So it can be done with a Transit time measurement of the sound at a given sound speed the point of entry and exit of sound at work piece determined and from this the wall thickness can be derived. Other methods of measuring wall thickness can also vary, depending on Workpiece material and shape may be suitable, for example optical, electrical, electromagnetic and / or mecha African procedures.

Bei der Bestimmung des Innendurchmessers der Bohrung benötigt man außer der Wanddicke des Werkstückes im Bohrungsbereich noch den Außendurchmesser des Werkstückes. Der Innendurch messer kann dann als Funktion des Außendurchmessers und der Wanddicke des Werkstückes im Bereich der Messstelle bestimmt werden. Der Außendurchmesser kann vor und/oder während und/ oder nach der Honbearbeitung bestimmt werden oder aufgrund eines Fertigungsprozesses vorgegeben sein. Bevorzugt wird die Bestimmung des Außendurchmessers während der Bestimmung der Wanddicke durchgeführt, beispielsweise mittels zweier Ultraschallsensoren, die im vorgegebenen Abstand zueinander angeordnet sind und mit denen jeweils der Abstand zum zuge wandten Bereich der Außenfläche des Werkstücks gemessen wird. Hierbei kann ein Ultraschallsensor eine Doppelfunktion erfül len, nämlich einerseits zur Wanddickenmessung und anderer seits zur Außendurchmessung. Die Bestimmung des Außendurch messers kann jedoch auch durch andere Meßmethoden durchge führt werden, beispielsweise durch eine Triangulations messmethode od. dgl.Required when determining the inside diameter of the hole one except for the wall thickness of the workpiece in the bore area the outside diameter of the workpiece. The inside knife can then be a function of the outside diameter and the Wall thickness of the workpiece is determined in the area of the measuring point become. The outside diameter can be before and / or during and / or determined after honing or due to of a manufacturing process. The is preferred Determining the outside diameter while determining the Wall thickness carried out, for example by means of two Ultrasonic sensors that are at a predetermined distance from each other are arranged and with which the distance to the train turned area of the outer surface of the workpiece is measured. Here, an ultrasonic sensor can fulfill a double function len, namely on the one hand for wall thickness measurement and others on the outside for the outside diameter. The determination of the outside However, knives can also be performed by other measurement methods be performed, for example by triangulations measurement method or the like

Bei einer Weiterbildung der Erfindung wird die Messung der Wanddicke gleichzeitig an mindestens zwei Messstellen entlang des Umfanges des Werkstückes durchgeführt. Die beiden Mess stellen liegen dabei bevorzugt auf gleicher axialer Höhe entlang der Bohrung, bilden also eine gemeinsame Messebene, die senkrecht zur Bearbeitungsachse bzw. Mittelachse der Bohrung liegt. Vorzugsweise sind mindestens zwei diametral gegenüberliegende Messstellen vorgesehen, mit denen sich in erwähnter Weise der Außendurchmesser des Werkstückes be stimmen lässt. Es können jedoch auch noch weitere Parameter der Bohrung bestimmt werden. Beispielsweise lässt sich da durch ein in Richtung der Verbindungslinie zwischen den beiden Sensoren liegender Mittenversatz der Bohrung anhand unterschiedlicher Wanddicken feststellen. Bei Anordnung von drei oder mehreren Ultraschallsensoren entlang des Umfanges des Werkstückes lässt sich die Rundheit bzw. Ovalität der Bohrung feststellen. Der Mittenversatz und/oder die Rundheit der Bohrung könnte auch dadurch bestimmt werden, dass min destens ein Ultraschallsensor um das Werkstück rotiert und dabei an vorgebbaren Positionen entlang des Umfangs Messungen durchführt. Die Bohrung würde also am Umfang gescannt werden. Alternativ könnte auch der Sensor ruhen und das Werkstück um die Bearbeitungsachse gedreht werden. In a development of the invention, the measurement of Wall thickness at the same time along at least two measuring points the circumference of the workpiece. The two mess places are preferably at the same axial height along the hole, so they form a common measuring plane, the perpendicular to the machining axis or central axis of the Hole lies. Preferably at least two are diametrical opposite measuring points are provided with which in mentioned the outside diameter of the workpiece be can vote. However, other parameters can also be used the bore can be determined. For example, by a in the direction of the connecting line between the center offset of the hole based on both sensors determine different wall thicknesses. When ordering three or more ultrasonic sensors along the circumference the roundness or ovality of the workpiece Determine the hole. The center offset and / or roundness the bore could also be determined by min at least an ultrasonic sensor rotates around the workpiece and measurements at predefinable positions along the circumference performs. The hole would therefore be scanned on the circumference. Alternatively, the sensor could also be at rest and the workpiece turned around the machining axis can be rotated.

Es ist in vielen Fällen vorteilhaft, die Messung dar Wan dungsdicke in mindestens zwei axial gegeneinander versetzten Messebenen durchzuführen. Die Messstellen können also in vorgebbaren Abständen entlang der Bohrung angeordnet sein. Vorzugsweise wird an mindestens zwei axial übereinander liegenden, fluchtend zueinander ausgerichteten Messstellen gemessen. Wichtige Messstellen entlang der Bohrung sind vor allem die Stellen, an denen das Honwerkzeug eine Umkehrbe wegung durchführt, also vor allem der Eingangs- und der Endbereich der Bohrung. Durch die axial gegeneinander ver setzten Messebenen kann z. B. die Geradheit und/oder die Parallelität der Bohrung bestimmt werden. Alternativ könnten Parallelität und Geradheit auch dadurch bestimmt werden, dass mindestens ein Ultraschallsensor axial entlang der Bohrung auf und ab bewegt wird und Messungen an vorgebbaren Mess stellen entlang der Bohrung durchgeführt werden.In many cases it is advantageous to measure the Wan manure thickness in at least two axially offset Measurement levels. The measuring points can therefore in Predeterminable distances can be arranged along the bore. Preferably at least two axially one above the other lying, aligned measuring points measured. Important measuring points along the bore are in front all the places where the honing tool reverses movement, especially the input and the End area of the hole. Through the axially against each other set measurement levels can e.g. B. the straightness and / or the Parallelism of the hole can be determined. Alternatively, you could Parallelism and straightness can also be determined by the fact that at least one ultrasonic sensor axially along the bore is moved up and down and measurements on predeterminable measurement places are performed along the hole.

Die am Umfang der Bohrung ermittelten Wanddickensignale können also ausgewertet und damit Mittenversatz und/oder Rundheit der Bohrung bestimmt werden. Die an mindestens zwei axial gegeneinander versetzten Messebenen ermittelten Wand dickensignale hingegen dienen vor allem zur Bestimmung der Parallelität und Geradheit der Bohrung. Die Auswertung der Wanddickensignale kann mittels einer Auswerteeinheit erfol gen. Gegebenenfalls können die aus den Wanddickensignalen abgeleiteten Parameter, wie z. B. Bohrungsinnendurchmesser über ein Display angezeigt werden.The wall thickness signals determined on the circumference of the hole can therefore be evaluated and thus center offset and / or Roundness of the bore can be determined. The at least two axially offset measuring planes determined wall Thickness signals, on the other hand, are used primarily to determine the Parallelism and straightness of the hole. The evaluation of the Wall thickness signals can take place by means of an evaluation unit If necessary, those from the wall thickness signals derived parameters, such as B. bore inner diameter be shown on a display.

Besonders bevorzugt wird der Honprozeß in Abhängigkeit von mindestens einem Wanddickensignal gesteuert. Die Auswerte einheit kann also mit einer Honmaschinensteuerung gekoppelt sein oder es ist auch möglich, die Auswertung direkt in der Honmaschinensteuerung durchzuführen. Der Honprozeß kann beispielsweise bei Erreichen eines Sollinnendurchmessers abgeschaltet werden. Weiterhin lassen sich der Hub und/oder die Drehzahl und/oder die Aufweitung der Honleisten in Ab hängigkeit von den Wanddicken an verschiedenen Höhen des Rohres steuern. Es ist auch möglich, einen exakten, sehr nahe an der Bohrungswandung liegenden Stoppunkt bei der Aufweitung der Honleisten vorzugeben, an dem zwischen einer schnellen Zustellung und der Feinzustellung der Honleisten umgeschaltet wird. Dies spart Zeit bei der Honbearbeitung der Bohrung.The honing process depending on controlled at least one wall thickness signal. The evaluations unit can thus be coupled with a honing machine control be or it is also possible to evaluate directly in the Perform honing machine control. The honing process can for example when a nominal inside diameter is reached be switched off. Furthermore, the stroke and / or the speed and / or the expansion of the honing stones in Ab dependence on the wall thickness at different heights of the Control tube. It is also possible to get an exact, very close stop point on the wall of the hole during expansion to specify the honing stone on which between a quick Infeed and fine infeed of the honing stones switched becomes. This saves time when honing the bore.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Ankopplung des Schalls an das Werkstück mittels eines flüssigen oder pastenförmigen Mediums oder durch einen direkten Kontakt mit dem Rohr. Als flüssiges Medium kann beispielsweise Kühl schmierstoff, vorzugsweise Honöl eingesetzt werden. Als pas tenförmige Medien eignen sich z. B. Gele.In a further development of the invention, the coupling takes place of the sound to the workpiece by means of a liquid or pasty medium or through direct contact with the pipe. Cooling, for example, can be used as the liquid medium lubricant, preferably honing oil. As pas Ten-shaped media are suitable for. B. Gels.

Weiter umfasst die Erfindung eine Messeinrichtung zur Vermessung einer in einem Honprozeß mittels eines Honwerk zeuges bearbeiteten Bohrung in einem vorzugsweise rohrför migen Werkstückabschnitt. Die Messeinrichtung weist mindes tens eine Einrichtung zur Messung der Wanddicke auf. Bezüg lich der Beschreibung näherer Details der Messeinrichtung wird auf die vorhergehende Beschreibung verwiesen. Weiterhin umfaßt die Erfindung eine Verwendung mindestens eines zur Wanddickenbestimmung ausgelegten Ultraschallsensors bei der geometrischen Charakterisierung gehonter Bohrungen.The invention further comprises a measuring device for Measurement of one in a honing process using a honing machine machined bore in a preferably tubular Part of the workpiece. The measuring device has at least least a device for measuring the wall thickness. Bezüg Lich the description of further details of the measuring device reference is made to the previous description. Farther the invention comprises the use of at least one for Wall thickness determination designed ultrasonic sensor in the geometric characterization of honed holes.

Die vorstehenden und weiteren Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutz fähige Ausführungen darstellen können. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte sowie Zwischenüberschriften beschränkt die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.The above and other features go beyond the Claims also from the description and the drawings , the individual features each individually or more in the form of sub-combinations in one Embodiment of the invention and in other fields be realized and beneficial as well as protection for yourself able to represent capable executions. The division of the Registration in individual sections and subheadings does not limit the statements made under these in their Generality.

Brief description of the drawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Die Zeichnungen zeigen:Embodiments of the invention are in the drawings are shown and are described in more detail below. The Drawings show:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung an einem honbe arbeiteten Werkstück, Fig. 1 is a schematic illustration of an arrangement of a measuring device according to the invention at a honbe worked workpiece,

Fig. 2 eine Anordnung von Sensoren am Umfang der Bohrung zur Bestimmung eines Mittenversatzes, Fig. 2 shows an arrangement of sensors on the circumference of the bore for determining a center offset,

Fig. 3 eine Anordnung von Sensoren am Umfang der Bohrung zur Bestimmung der Rundheit, Fig. 3 shows an arrangement of sensors on the circumference of the bore for determining the roundness,

Fig. 4 eine Anordnung von Sensoren entlang der Bohrung zur Bestimmung der Geradheit und Fig. 4 shows an arrangement of sensors along the bore for determining the straightness and

Fig. 5 eine Anordnung von Sensoren entlang der Bohrung zur Bestimmung der Parallelität. Fig. 5 shows an arrangement of sensors along the borehole to determine the parallelism.

Detailed description of the embodiments and their function

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung 11 zur Vermessung einer mittels eines Honwerkzeuges 12 bearbeiteten Bohrung 13 in einem rohrför migen Werkstück 14 dargestellt. Die Messeinrichtung 11 umfasst im wesentlichen mehrere, im beschrieben Ausführ ungsbeispiel zwölf, Ultraschallsensoren 15 bis 26, die an eine Ansteuer- und Auswerteeinheit 27 angeschlossen sind. Diese ist im Beispiel an eine Honmaschinensteuerung 28 ange schlossen.In Fig. 1 an embodiment of a measuring device 11 according to the invention for measuring a machined by means of a honing tool 12 bore 13 in a rohrför shaped workpiece 14 is shown. The measuring device 11 essentially comprises a plurality of, in the exemplary embodiment described twelve, ultrasonic sensors 15 to 26 , which are connected to a control and evaluation unit 27 . In the example, this is connected to a honing machine control 28 .

Das Honwerkzeug 12 wird von einer Spindel einer Honmaschine (nicht dargestellt) angetrieben. Das Honwerkzeug 12 dient zur Bearbeitung der Innenfläche der Bohrung 13. Es führt dabei eine rotierende Bewegung um seine Mittelachse und eine Auf- und Abwärtsbewegung durch. Das im beschriebenen Ausführungs beispiel dargestellte Honwerkzeug besitzt am Umfang in vier Sektionen mit jeweils zwei Honleisten 29. Die Honleisten 29 können aufgeweitet und in Kontakt mit der Innenwand der Bohr ung gebracht werden.The honing tool 12 is driven by a spindle of a honing machine (not shown). The honing tool 12 is used to machine the inner surface of the bore 13 . It performs a rotating movement around its central axis and an up and down movement. The honing tool shown in the described embodiment has four sections on the circumference, each with two honing stones 29 . The honing stones 29 can be expanded and brought into contact with the inner wall of the bore.

Das Werkstück 14 ist im beschriebenen Ausführungsbeispiel zylinderrohrförmig, beispielsweise eine Buchse und kann aus Metall oder einem anderen Werkstoff bestehen. Die Messein richtung 11 könnte auch an Werkstücken mit anderen Formen eingesetzt werden, beispielsweise an Zylinderlaufbuchsen von Motorblöcken. Es ist bevorzugt, wenn das Werkstück zumindest einen rohrförmigen Abschnitt aufweist. Das Werkstück 14 weist eine durchgehende, im wesentlichen zylindrische Bohrung 13 auf.In the exemplary embodiment described, the workpiece 14 is in the form of a cylindrical tube, for example a bush, and can be made of metal or another material. The Messein device 11 could also be used on workpieces with other shapes, for example on cylinder liners of engine blocks. It is preferred if the workpiece has at least one tubular section. The workpiece 14 has a continuous, essentially cylindrical bore 13 .

Um das Werkstück 14 herum sind mehrere Ultraschallprüfköpfe bzw. Ultraschallsensoren 15 bis 26 angeordnet. Im beschrie benen Beispiel sind insgesamt zwölf Ultraschallsensoren vor gesehen, von denen jeweils vier auf gleicher axialer Höhe entlang der Mittelachse 30 der Bohrung eine Messebene bilden. A plurality of ultrasonic probes or ultrasonic sensors 15 to 26 are arranged around the workpiece 14 . In the described example, a total of twelve ultrasonic sensors are seen before, four of which each form a measuring plane at the same axial height along the central axis 30 of the bore.

Insgesamt sind also drei in bestimmten Abständen übereinander liegende Messebenen 31 bis 33 vorgesehen. Zwei Messebenen 31, 33 liegen ungefähr an den Stellen an der Bohrung 13, an denen das Honwerkzeug 12 bei seiner Auf- und Abbewegung während des Honens ein Umkehrpunkt hat. Diese Stellen entsprechen dem Eintritts- und dem Endbereich der bearbeiteten Bohrung. Dort wird die Innenfläche der Bohrung 13 ganz besonders bean sprucht und es kann besonders leicht zu Formabweichungen kommen. Zusätzlich liegt eine dritte Messebene 32 in der Mitte zwischen den beiden anderen Messebenen 31, 33. In den Messebenen 31 bis 33 liegen jeweils vier Ultraschallsensoren, von denen jeweils zwei diametral gegenüberliegend angeordnet sind. Die Winkellage eines Sensors 15 zum benachbarten Sensor 17 ist beliebig wählbar, vorzugsweise sind die Sensoren um 90° versetzt zueinander angeordnet.A total of three measurement planes 31 to 33 lying one above the other at certain intervals are therefore provided. Two measuring planes 31 , 33 lie approximately at the locations on the bore 13 at which the honing tool 12 has a point of reversal during its up and down movement during honing. These points correspond to the entry and end areas of the machined hole. There, the inner surface of the bore 13 is particularly stressed bean and it can easily come to deviations in shape. In addition, a third measuring plane 32 lies in the middle between the two other measuring planes 31 , 33 . In the measurement planes 31 to 33 there are four ultrasonic sensors, two of which are arranged diametrically opposite one another. The angular position of a sensor 15 relative to the adjacent sensor 17 can be selected as desired, preferably the sensors are arranged offset by 90 ° to one another.

Die Ultraschallsensoren 15 bis 26 sind zur Aussendung und zum Empfang von Ultraschallsignalen geeignet, die an verschie denen Oberflächen des Werkstücks 14 reflektiert werden, wie nachfolgend noch näher beschrieben. Sie umfassen jeweils einen Sender und einen Empfänger in unmittelbarer räumlicher Nähe zueinander. Die Ultraschallsensoren 15 bis 26 sind mit einer Anssteuer- und Auswerteeinheit 27 gekoppelt, die zur Aussteuerung der Sendeteile und zur Auswertung der von den Empfangsteilen der Sensoren 15 bis 26 gemessenen Signals dient. Die Auswerteeinheit 27 ist wiederum mit einer Honmaschinensteuerung 28 gekoppelt. Die mit einem Mikropro zessor ausgestattete Honmaschinensteuerung 28 dient zur Steuerung des Honprozesses und ist dazu mit der Honmaschine (nicht dargestellt) gekoppelt.The ultrasonic sensors 15 to 26 are suitable for transmitting and receiving ultrasonic signals that are reflected on various surfaces of the workpiece 14 , as described in more detail below. They each include a transmitter and a receiver in close proximity to each other. The ultrasonic sensors 15 to 26 are coupled to a control and evaluation unit 27 , which is used to control the transmitting parts and to evaluate the signal measured by the receiving parts of the sensors 15 to 26 . The evaluation unit 27 is in turn coupled to a honing machine control 28 . The honing machine control 28 equipped with a microprocessor is used to control the honing process and is coupled to the honing machine (not shown) for this purpose.

Zur Vermessung der Bohrung 13 im Werkstück 14 werden zunächst die Ultraschallprüfköpfe 15 bis 26 an das Werkstück schallleitend angekoppelt. Hierzu kann zwischen die Prüfköpfe und die Werkstückaussenseite ein flüssiges oder pastöses Koppel medium eingebracht werden, z. B. der beim Honvorgang ohnehin erforderliche Kühlschmierstoff. Auch ein direkter Berührungs kontakt zwischen Sensor und Rohraußenseite ist möglich. Im angekoppelten Zustand werden von den Ultraschallsensoren 15 bis 26 gleichzeitig Ultraschallsignale ausgesendet. Die Aus sendung der Ultraschallsignale erfolgt, während die Bohrung 13 durch das Honwerkzeug 12 bearbeitet wird.To measure the bore 13 in the workpiece 14 , the ultrasonic probes 15 to 26 are first coupled to the workpiece in a sound-conducting manner. For this purpose, a liquid or pasty coupling medium can be introduced between the test heads and the workpiece outside, e.g. B. the cooling lubricant required anyway during the honing process. Direct contact between the sensor and the outside of the pipe is also possible. In the coupled state, the ultrasonic sensors 15 to 26 emit ultrasonic signals at the same time. The transmission of the ultrasonic signals takes place while the bore 13 is being processed by the honing tool 12 .

Im folgenden soll die Messung der Wanddicke anhand eines Ultraschallsensors 17 näher erläutert werden. Die Bestimmung der Wanddicke mit den anderen Ultraschallsensoren erfolgt in gleicher Weise. Der Ultraschallsensor 17 sendet zunächst ein Ultraschallsignal aus. Trifft das Ultraschallsignal auf die Außenfläche des Werkstückes, wird ein Teil des Signals (Außenflächenecho) reflektiert und in Richtung des Ultra schallsensors 17 zurückgeworfen. Der Ultraschallsensor regis triert das Eintreffen dieses Anteils des Schallsignals und gibt dieses Signal zur Bestimmung der Laufzeit an die Auswer teeinheit 27 weiter. Der unreflektierte Anteil des Schall signals läuft durch die Wandung des Werkstückes und trifft auf die Innenfläche der Bohrung 13. Dort wird ein weiterer Anteil des Schallsignals (Innenflächenecho) reflektiert und ebenfalls in den Ultraschallsensor 17 zurückgeworfen. Dabei wird ebenfalls ein Laufzeitwert ermittelt. Wird dieser Vor gang anhand eines Displays in der Auswerteeinrichtung 27 dargestellt, so erzeugen die beiden Reflexionen jeweils einen Peak. Durch den Laufzeitunterschied kann bei vorgegebener, materialabhängiger Schallgeschwindigkeit und bekannter, vor zugsweise radialer Ausrichtung der Sensoren 17 bis 26 die Wanddicke im Messbereich des Ultraschallsensors 17 bestimmt werden. The measurement of the wall thickness using an ultrasonic sensor 17 will be explained in more detail below. The wall thickness is determined in the same way with the other ultrasonic sensors. The ultrasonic sensor 17 first emits an ultrasonic signal. Strikes the ultrasonic signal on the outer surface of the workpiece, part of the signal (outer surface echo) is reflected and reflected back in the direction of the ultrasonic sensor 17 . The ultrasonic sensor registers the arrival of this portion of the sound signal and passes this signal on to the evaluation unit 27 for determining the transit time. The unreflected portion of the sound signal runs through the wall of the workpiece and strikes the inner surface of the bore 13 . There, a further portion of the sound signal (inner surface echo) is reflected and likewise thrown back into the ultrasonic sensor 17 . A runtime value is also determined. If this process is shown using a display in the evaluation device 27 , the two reflections each generate a peak. By the propagation time difference can at a predetermined, material-dependent speed of sound and known, be determined prior preferably radial orientation of the sensors 17 to 26, the wall thickness in the range of the ultrasonic sensor 17th

Zur Bestimmung des Innendurchmessers im Messbereich des Ultraschallsensors 17 benötigt man zusätzlich den Außen durchmesser des Werkstücks 14 in diesem Messbereich. Der Außendurchmesser wird im beschriebenen Ausführungsbeispiel Simultan zur Wanddicke ebenfalls durch Ultraschallmessung ermittelt. Die beiden Ultraschallsensoren 17 und 18 sind in Bezug auf die Achse 30 diametral gegenüberliegend in einem bestimmten Abstand X zueinander angeordnet. Dieser Abstand X ist bekannt. Der Abstand X ist in Fig. 1 nur schematisch dargestellt, exakt müsste der Abstand zwischen den beiden Schallerzeugungspunkten der Ultraschallsensoren 17, 18 be kannt sein. Es werden dann Schallsignale ausgesendet, die an der Außenfläche des Werkstückes 14 reflektiert werden. Über diese Laufzeitwerte lässt sich der Abstand zwischen den Sen soren und der Außenfläche des Werkstückes bestimmen. Über den vorgegebenen Abstand der beiden Ultraschallsensoren 17, 18 zueinander lässt sich nun der genaue Außendurchmesser des Werkstückes auf Höhe der Messebene 31 bestimmen.To determine the inner diameter in the measuring range of the ultrasonic sensor 17 , the outer diameter of the workpiece 14 is additionally required in this measuring range. In the exemplary embodiment described, the outside diameter is also determined simultaneously with the wall thickness by ultrasonic measurement. The two ultrasonic sensors 17 and 18 are arranged diametrically opposite one another at a specific distance X from one another with respect to the axis 30 . This distance X is known. The distance X is shown only schematically in Fig. 1, the distance between the two sound generation points of the ultrasonic sensors 17 , 18 should be known exactly. Sound signals are then emitted, which are reflected on the outer surface of the workpiece 14 . The distance between the sensors and the outer surface of the workpiece can be determined using these runtime values. The exact outer diameter of the workpiece at the level of the measuring plane 31 can now be determined via the predetermined distance between the two ultrasonic sensors 17 , 18 .

Bei der Messung des Abstandes zwischen den Ultraschall sensoren 17 und 18 und der Außenfläche des Werkstückes 14 muß darauf geachtet werden, dass die beiden Ultraschallsensoren 17 und 18 jeweils auf den Scheitelpunkt der Außenfläche ge richtet sind, da es sonst zu Fehlern bei der Bestimmung des Außendurchmessers kommt. Um zu überprüfen, dass beispiels weise der Ultraschallsensor 17 genau auf den Scheitelpunkt gerichtet ist, kann der Sensor tangential zur Außenfläche des Werkstückes 14 verschoben werden und dabei verschiedene Lauf zeiten für die reflektierten Schallsignale gemessen werden. Der Punkt, der der kürzesten Laufzeit zugeordnet ist, ist der Scheitelpunkt. When measuring the distance between the ultrasonic sensors 17 and 18 and the outer surface of the workpiece 14 , care must be taken that the two ultrasonic sensors 17 and 18 are each directed to the vertex of the outer surface, as otherwise errors in the determination of the outer diameter comes. In order to check that, for example, the ultrasonic sensor 17 is directed exactly to the vertex, the sensor can be displaced tangentially to the outer surface of the workpiece 14 and different running times can be measured for the reflected sound signals. The point associated with the shortest runtime is the vertex.

Wie in den Fig. 2 bis 5 dargestellt, kann die Messeinrichtung 11 zur Bestimmung weiterer Parameter der Bohrung 13 einge setzt werden. Die Bohrungsgeometrien sind stark übertrieben dargestellt, tatsächlich liegen die Abweichungen zur Kreiszy linderform normalerweise im Bereich von Mikrometern.As shown in FIGS. 2 to 5, the measuring device 11 can be used to determine further parameters of the bore 13 . The hole geometries are exaggerated, in fact the deviations from the circular cylinder shape are normally in the range of micrometers.

In Fig. 2 ist die Ermittlung der Exzentrizität bzw. eines Mittenversatzes 34 der Bohrung 13 dargestellt. Dabei werden die Wanddicken an zwei diametral gegenüberliegenden Mess stellen, an denen die Ultraschallsensoren 15 und 16 platziert sind, ermittelt. Die beiden Wanddickenwerte werden mitein ander verglichen. Wird festgestellt, dass die beiden Wand dickenwerte voneinander abweichen, hat man einen Mittenver satz entlang der Verbindungslinie zwischen den beiden Ultra schallsensoren 15 und 16 festgestellt.In FIG. 2, the determination of eccentricity or offset 34 is shown a center of the bore 13. The wall thicknesses are determined at two diametrically opposed measuring points on which the ultrasonic sensors 15 and 16 are placed. The two wall thickness values are compared with each other. If it is found that the two wall thickness values differ from one another, a center offset along the connecting line between the two ultrasonic sensors 15 and 16 has been found.

Mit Hilfe der in Fig. 3 dargestellten Anordnung der Ultra schallsensoren 15 bis 18 kann eine Ovalität bzw. Unrundheit der Bohrung 13 festgestellt werden. Es werden an vier um jeweils 90° umfangsversetzten Stellen vier Wanddickenwerte ermittelt und miteinander verglichen. Weichen die ermittelten Wanddickenwerte der Ultraschallsensoren 15 und 16 von denen der Ultraschallsensoren 17 und 18 ab, so hat man eine Ova lität 32 der Bohrung festgestellt.With the help of the arrangement of the ultrasonic sensors 15 to 18 shown in FIG. 3, an ovality or out-of-roundness of the bore 13 can be determined. Four wall thickness values are determined at four points, each offset by 90 °, and compared with one another. If the determined wall thickness values of the ultrasonic sensors 15 and 16 differ from those of the ultrasonic sensors 17 and 18 , an ovality 32 of the bore has been determined.

Die in den Fig. 4 und 5 dargestellte Anordnung der Ultra schallsensoren 17, 18 bzw. 25 und 26 dient zur Lokalisierung eines unregelmäßigen Verlaufs der Bohrung über die Bohrungs länge. Es werden vier Wanddickenwerte bestimmt, und zwar jeweils zwei in einer gemeinsamen Messebene 31, 33. Weichen die beiden in einer Messebene 31 bzw. 33 durch die Ultra schallsensoren 17 und 18 bzw. 25 und 26 ermittelten Wand dickenwerte voneinander ab, und weichen zusätzlich noch die beiden Wanddickenwerte der fluchtend übereinander liegenden Ultraschallsensoren 17 und 25 bzw. 18 und 26 voneinander ab, hat man einen ungeraden, d. h. nicht parallel zur Mittelachse des Werkstückes verlaufenden Bohrungsverlauf lokalisiert.The arrangement shown in FIGS . 4 and 5 of the ultra sound sensors 17 , 18 or 25 and 26 is used to localize an irregular course of the bore over the bore length. Four wall thickness values are determined, two in each case in a common measuring plane 31 , 33 . If the two wall thickness values determined in a measurement plane 31 or 33 by the ultrasound sensors 17 and 18 or 25 and 26 differ from one another, and in addition the two wall thickness values of the ultrasound sensors 17 and 25 or 18 and 26 which are aligned one above the other also differ , you have localized an odd, ie not parallel to the central axis of the workpiece hole course.

Wie in Fig. 5 dargestellt, lassen sich durch diese Anordnung auch Durchmessererweiterungen bzw. Verengungen ermitteln. Dabei werden z. B. vier Wanddickenwerte ermittelt. Stimmen die in einer Messebene 31 bzw. 33 durch die Ultraschallsensoren 17 und 18 bzw. 25 und 26 ermittelten Wanddickenwerte zwar überein, weichen die Wanddickenwerte der Ultraschallsensoren 17 bzw. 18 von denen des Ultraschallsensors 25 bzw. 26 jedoch ab, so hat man eine Durchmesserveränderung im Bohrungsverlauf lokalisiert.As shown in FIG. 5, this arrangement can also determine diameter enlargements or constrictions. Here, for. B. determined four wall thickness values. If the result obtained in a measuring plane 31 or 33 by the ultrasonic sensors 17 and 18 or 25 and 26, wall thickness values, although consistent, the wall thickness values deviate the ultrasonic sensors 17 and 18, of which the ultrasonic sensor 25 and 26, but starting, so one has a change in diameter localized in the course of the hole.

Die Daten über den Innendurchmesser der Bohrung 13 bzw. even tuelle Unsauberkeiten im Bohrungsverlauf, wie beispielsweise Mittenversatz 34, Ovalität 35, Ungeradheiten 36 oder Durch messererweiterungen bzw. -verengungen 37 werden an die Honma schinensteuerung 28 übermittelt. In Abhängigkeit von diesen Werten kann die Honmaschinensteuerung 28 den Honprozeß steuern. So kann beispielsweise bei Erreichen eines Sollin nendurchmessers der Bohrung 13 der Honprozeß abgeschaltet werden. Wird beispielsweise eine Durchmesserverengung 37 der Bohrung festgestellt, kann dort mit dem Honwerkzeug 12 nach gehont werden. Es können auch weitere Parameter des Honpro zesses gesteuert werden, beispielsweise der Hub, die Aufwei tung bzw. Zustellung, die Zustellkraft, der Zustellweg und /oder die Drehzahl der Honleisten in Abhängigkeit von den Innendurchmesserwerten bzw. Wanddickenwerten an verschiedenen Höhen des Rohres. Vor Beginn der Bearbeitung kann aufgrund des über die Wanddicken ermittelten Innendurchmessers eines grob vorbearbeiteten oder vorgefertigten Teiles eine Umschaltung zwischen Eilgang bzw. Grobzustellung und Feinzustellung einer mechanischen, wegabhängigen Honleistenzustellung kurz vor Anlegen der Honsteine an die Bohrungsinnenwand bewirkt werden. Dies spart Zeit und damit Kosten, insbesondere bei Grobteilen, deren Toleranzen z. B. im Bereich von 100 µm liegen.The data about the inner diameter of the bore 13 or any impurities in the course of the bore, such as center offset 34 , ovality 35 , unevenness 36 or diameter expansions or constrictions 37 are transmitted to the Honma machine control 28 . Depending on these values, the honing machine controller 28 can control the honing process. For example, when a nominal diameter of the bore 13 is reached, the honing process can be switched off. If, for example, a diameter narrowing 37 of the bore is found, honing can be performed there with the honing tool 12 . Further parameters of the honing process can also be controlled, for example the stroke, the expansion or infeed, the infeed force, the infeed path and / or the speed of the honing stones depending on the inner diameter values or wall thickness values at different heights of the tube. Before starting the machining, a change between rapid traverse or rough infeed and fine infeed of a mechanical, path-dependent honing stone infeed can be effected shortly before the honing stones are placed on the inner wall of the bore, based on the inside diameter of a roughly pre-machined or prefabricated part determined via the wall thickness. This saves time and therefore costs, especially for large parts, the tolerances of which, for. B. are in the range of 100 microns.

Claims

1. Method for measuring a bore in a workpiece machined in a honing process by means of a honing tool, in particular for determining the inside diameter of a bore in a tubular workpiece section, with the following steps:

Measuring the wall thickness of the workpiece in the area of the bore at at least one measuring point for generating at least one wall thickness signal,
- Evaluation of the wall thickness signal for the geometric characterization of the hole.

2. The method according to claim 1, characterized in that the measurement of the wall thickness comprises the following steps:

Emitting at least one sound signal directed at the workpiece from at least one sound source,
Measurement of the transit time of the sound signal between the sound source and at least one sound receiver,
- Determination of the wall thickness of the workpiece from a transit time difference between a portion of the sound signal reflected on the outer surface of the workpiece in the area of the bore and a portion of the sound signal reflected on the inner surface of the workpiece in the area of the bore.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that at least one ultrasound to measure the wall thickness sensor is used.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the following steps are carried out to determine the inner diameter of the bore:

- Determination of the outside diameter of the workpiece in the area of the measuring point,
- Determination of the inner diameter as a function of the outer diameter and the wall thickness.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized that the determination of the outer diameter is carried out while determining the wall thickness, especially with the help of at least two ultrasound scanners sors.

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized that the measurement of the wall thickness simultaneously at least two measuring points along the circumference of the plant piece is carried out, preferably at least two diametrically opposed measuring points are provided are.

7. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized that the at least one of the extent Partial wall thickness signal to determine center offset and / or roundness of the borehole is evaluated, whereby before preferably measured by at least two ultrasonic sensors becomes.

8. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized that the measurement of the wall thickness in at least two axially offset measuring planes is, preferably at least two axially one above the other the lying measuring points is measured.

9. The method according to any one of the preceding claims, characterized marked that at the entrance and end of the hole the wall thickness is determined.

10. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the mes measurements performed to determine paral Lelidity and / or straightness of the hole can be evaluated.

11. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized that the coupling of the sound to the Workpiece using a liquid or pasty Me diums or through direct contact between the sound transmitter and the pipe.

12. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized by a control of the honing process depending ability of the at least one wall thickness signal.

13. The method according to claim 12, characterized in that at the control of the honing process at least one of the fol following steps:

- Switching off the honing process when the internal bore diameter of the hole is reached,

- Control of the stroke, the expansion, the feed force and / or the speed of the honing tool as a function of the wall thickness signal, in particular at different heights of the workpiece.

14. Measuring device for measuring a hole ( 13 ) machined in a honing process by means of a honing tool in a, preferably tubular, workpiece ( 14 ), in particular for determining the inside diameter of the hole, characterized by at least one device ( 11 ) for measuring the wall thickness the workpiece in the area of the bore.

15. Measuring device according to claim 14, characterized in that the device for measuring the wall thickness has at least one ultrasonic sensor ( 15 to 26 ).

16. Measuring device according to claim 14 or 15, characterized in that at least two ultrasonic sensors, in particular diametrically opposite, are arranged along the circumference of the workpiece ( 14 ).

17. Measuring device according to one of claims 14 to 16, characterized in that ultrasonic sensors are arranged in at least two axially offset measuring planes ( 31 , 3233 ), ultrasonic sensors are preferably arranged axially one above the other.

18. Measuring device according to one of claims 14 to 17, characterized in that it has an evaluation device ( 27 ) for determining the wall thickness and / or the inner diameter and / or the outer diameter and / or the center offset and / or the roundness and / or parallelism and / or the straightness of the bore as a function of at least one wall thickness signal.

19. Measuring device according to one of claims 14 to 18, characterized in that it is assigned to a control device ( 28 ) for controlling the honing process as a function of the at least one wall thickness signal.

20. Honing device with at least one honing tool draws by at least one measuring device after one of claims 14 to 19.

21. Use at least one for a wall thickness determination designed ultrasonic sensor during honing a hole in a workpiece for a geometric character terization of the bore.