DE102005017991A1

DE102005017991A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Vermessen eines rotationssymmetrischen Bauteils, insbesondere eines KFZ-Rades mit Mittenloch

Info

Publication number: DE102005017991A1
Application number: DE200510017991
Authority: DE
Inventors: Manfred Bär
Original assignee: IEF Werner GmbH
Current assignee: IEF Werner GmbH
Priority date: 2005-04-19
Filing date: 2005-04-19
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2025-04-20
Also published as: DE102005017991B4

Abstract

Mit der Erfindung sind Verfahren und Vorrichtungen vorgeschlagen, nach welchen rotationssymmetrische Bauteile, insbesondere KFZ-Räder mit Mittenloch, auf den Drehteller einer Dreh- und Spanneinheit aufgespannt und bei Drehung des Bauteiles mithilfe von Tastelementen abgetastet werden. Mit dem Verfahren gemäß der Erfindung werden apparativ bedingte Exzentrizitäten mithilfe eines Rechenprogramms eliminiert, sodass die mittels des Tastelementes ermittelten fehlerhaften Messgrößen rechnerisch korrigiert werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Vermessen eines rotationssymmetrischen Bauteiles, insbesondere eines ein Mittenloch aufweisendes KFZ-Rades, nach der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 3. Messeinrichtungen, insbesondere Mehrstellenmesseinrichtungen, für das Messen derartiger Bauteile sind z. B. aus DE 38 36 540 C2 bekannt.

Diese sind derart gestaltet, dass das jeweilige Bauteil in einer zentralen Messstation mit Hilfe des Mittenloches auf den Drehteller einer Dreh- und Spanneinheit aufgespannt wird und ggf. mit weiteren peripher angeordneten Messstationen mit integrierten Messtastern bei Umdrehung des Bauteiles vermessen wird.

Derartige Messmaschinen erfordern eine sehr präzise zentrale Messstation mit einer aufwendigen Spannvorrichtung, deren Herstellungskosten wegen eines erheblichen mechanischen Fertigungsaufwandes recht hoch sind. Selbst bei Serienherstellung derartiger Messmaschinen mit größeren Stückzahlen lassen sich die Herstellungskosten nicht entscheidend senken, da jede Maschine entsprechend der Messaufgabe individuell gestaltet werden muss.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren und Vorrichtungen zu schaffen, bei welchen eine einfachere und damit preisgünstigere Mechanik verwendbar ist, ohne dass hierdurch die Leistungsfähigkeit und Präzision verglichen mit herkömmlichen Messmaschinen verschlechtert werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit einem Messverfahren gelöst, wie es im Einzelnen in Anspruch 1 angegeben ist. Nach dem Grundgedanken der Erfindung werden die wegen ungenauer Zentrierung des Bauteiles auftretenden Exzentrizitäten in Kauf genommen und aus den mittels eines Tastelementes ermittelten Abweichungen als Korrekturgröße dem Prozess- und Messrechner zugeführt.

Bei dieser Methode können trotz weniger genauer Aufspannung des zu vermessenden Bauteiles sehr genaue Messungen durchgeführt werden, da die apparatebedingten Fehler durch mathematische Fehlerkorrektur im Rechner berücksichtigt werden können.

Das bedeutet zum einen, dass einfache und weniger aufwändige Messmaschinen verwendet werden können, und zum andern, dass es bei Vorbereitung der Messung nicht auf ein sehr exaktes Aufspannen der zu vermessenden Bauteile ankommt, wodurch die Arbeitsabläufe beschleunigt werden.

Zur Realisierung dieses Verfahrens eignen sich mit den Ansprüchen 3 und 4 angegebene Vorrichtungen, bei welchen das vorzentrierte Bauteil auf dem Drehteller der Dreh- und Spanneinheit zu montieren und mit einem dem Drehteller zugeordneten Gegenhalter verspannt werden muss, um Relativbewegungen zwischen Bauteil und Dreheinheit zu verhindern.

Während nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 die Ausmessung des Bauteiles in radialer Richtung erfolgt, ist mit Anspruch 2 zusätzlich zu dem Verfahren nach Anspruch 1 ein entsprechendes Verfahren zur Ausmessung des Bauteiles in axialer Richtung vorgeschlagen. Mit diesem Verfahren lässt sich die Ebenheit des Bauteiles prüfen.

Nachdem mit dem Verfahren gemäß Anspruch 1 die Relation des Bauteiles zur Drehachse, also der exzentrische Versatz der Bauteilmittenbohrung zur Drehachse, erfasst und berechnet ist, ist auf rechnerischem Wege der exakte Mittelpunkt des Bauteilmittenloches festgelegt, auf den alle anderen Abmessungen des Bauteiles bezogen werden können. Beim KFZ-Rad sind dies z. B. außer dem Mittenloch der gemeinsame Kreis für die Anschraubbohrungen oder alternativ die Reifensitzprofile, das Außen- oder Innenhorn der Felge bzw. andere willkürlich gewählte Bezugskreise, auf welche die bei Umdrehung des Rades erzeugten Messwerte rechnerisch Bezug nehmen.

Als Tastelemente eignen sich Schneiden oder Messrollen, welche radial oder axial verschiebbar an einem Messschlitten angeordnet sind und unter Vorspannung z. B. am Rand des Mittenloches oder auf der Oberfläche des Bauteiles anliegen.

Daneben sind jedoch auch als Tastelement Abstandssensoren, insbesondere Laserabstandssensoren, geeignet, welche berührungslos den Abstand zum Bezugskreis, insbesondere zum Rand des Mittenloches oder zur Oberfläche des Bauteiles, ermitteln. Ebenso geeignet sind Bilderfassungssysteme, nämlich Optiken mit nachgeschalteten Bildauswerteanordnungen, aus deren Aufnahmen sich der Abstand ermitteln lässt.

Mit diesen Messwerterfassungssystemen lassen sich also nicht nur Exzentrizitäten, sondern z. B. im Falle der Vermessung von KFZ-Rädern bei Einsatz entsprechend gestalteter Auswertesoftware Rund- und Planlaufabweichungen der Reifensitze in Bezug auf den berechneten Mittelpunkt des KFZ-Rades ermitteln.

Auch lässt sich dieses Verfahren mit dem Verfahren zur Ausmessung der Anschraubbohrungen nach der Patentanmeldung ... (u.Z.: IEF100) kombinieren.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich zu einer Mehrstellenmesseinrichtung ausbauen, wenn, wie ferner vorgeschlagen ist, Tastelemente mit angepasster Auswertesoftware im Rechner für Messung der Höhe und des Durchmessers von Außen- und/oder Innenhorn der KFZ-Felge vorgesehen sind.

Damit bietet die Erfindung die Möglichkeit, eine mechanisch einfache zentrale Messstation mit vielen Messmöglichkeiten bei sehr günstigen Herstellungskosten zu realisieren.

Da die Auswertesoftware den veränderten mechanischen Verhältnissen Rechnung tragen kann, lässt sich diese Messmaschine in sehr preisgünstiger Weise flexibel den jeweiligen Anforderungen anpassen.

Ähnlich einfach aufgebaut ist die Spannvorrichtung, welche Gegenstand der Patentansprüche 7, 8 und 9 ist. Diese Spannvorrichtung braucht gleichfalls nicht sonderlich präzise zu sein, da Fehler infolge weniger präziser Einspannung rechnerisch eliminiert werden können.

Auch bietet das erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeit, in einem Arbeitsgang zusätzlich Unwuchten zu ermitteln.

Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind nachstehend anhand von drei in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
1 Axialschnitt der wesentlichen Teile einer erfindungsgemäß gestalteten Spann- und Dreheinrichtung mit einem nicht zentrierten Fahrzeugrad nach einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 Axialschnitt der wesentlichen Teile einer erfindungsgemäß gestalteten Spann- und Dreheinrichtung mit einem zentrierten, aufgespannten Fahrzeugrad nach einem zweiten Ausführungsbeispiel und
3 Axialschnitt der wesentlichen Teile einer erfindungsgemäß gestalteten Spann- und Dreheinrichtung mit einem zentrierten Fahrzeugrad nach einem dritten Ausführungsbeispiel.
Nicht dargestellt sind in den Zeichnungen der Prozess- und Messrechner und die elektrische Verbindung zur Übertragung der von dem Tastelement erzeugten Messdaten.
In den Zeichnungen ist das KFZ-Rad als Stahlrad 1 mit seiner Felge 2, seiner Radschüssel 3 und seinem Mittenloch 4 dargestellt. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können jedoch auch aus anderen Materialien, z. B. aus Leichtmetall oder Guss, bestehende Fahrzeugräder vermessen werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist dieses Rad 1 auf dem Dreh- und Auflagetisch 20, auch Drehteller genannt, aufgelegt, wobei es mit seinen äußeren Anlageflächen 3a auf der Oberfläche des Drehtisches 20 aufgrund seines Eigengewichtes aufliegt.
Der Fixierung des Rades 1 dient ein dem Dreh- und Auflagetisch 20 gegenüber angeordneter, drehbarer Gegenhalter 10, dessen Anpressscheibe 10a mittels des Anpresszylinders 10b mit der Kraft F das Rad gegen die Oberfläche des Drehtisches 20 presst, wodurch Relativbewegungen zwischen Rad 1 und Drehtisch 20 verhindert werden.
Zur Ausmessung des zwischen Gegenhalter 10 und Tisch 20 eingespannten Rades 1 ist eine Messeinheit 12 vorgesehen, welche mit ihrem Messschlitten 12a radial verschiebbar auf der Messeinheitaufnahme 11 angeordnet ist. Die Messeinheit 12 weist einen als Messschneide 12b ausgebildeten Messtaster auf, welcher am Innenrand des Mittenlochs 4 kraftschlüssig anliegt. Bei Umlauf des Drehtisches 20 erfolgt in radialer Richtung eine Auslenkung des mit der Messschneide 12b verbundenen Messschlittens 12a, aus welcher der Messwert abgeleitet wird.
Mit einer weiteren Messeinheit 13, die mittels einer Adapterplatte 13a an der Messeinheit 12 angebracht ist und deren Messtaster 13b an der inneren Anlagefläche 3b der Radschüssel 3 anliegt, lässt sich die Ebenheit der Radschüssel 3 im gleichen Arbeitsgang messen.
Bei dem geschilderten Ausführungsbeispiel ist als Tastelement ein mechanischer Messtaster in Form einer Messschneide 12b oder auch Messrolle vorgesehen. Dieser kann, wie in der Beschreibungseinleitung erläutert, auch durch berührungslos arbeitende Abstandssensoren oder den Abstand ermittelnde Optiken ersetzt werden.
Das zweite Ausführungsbeispiel gemäß 2 unterscheidet sich von dem erläuterten im Wesentlichen durch eine andere Ausgestaltung des Gegenhalters. Dieser ist hier in Form eines gleichfalls drehbaren Zentrier- und Anpresskegels 15 ausgebildet, der in das Mittenloch 4 des Rades 1 eintaucht und dieses anders als bei der Anordnung gemäß 1 zumindest grob zentriert. Der Zentrier- und Anpresskegel 15 wird nach Aufle gen des Rades 1 auf den Dreh- und Auflagetisch 20 mit seiner Kegelachse 15a in die geöffnete Spannbuchse 16 eingesetzt. Für die Öffnung der Spannbuchse 16 sorgt die Druckstange 18d, welche über die Druckscheibe 18c die Spannbuchse 16 aus der Spanneinheit 18 vorschiebt, wodurch sich die Segmente der Spannbuchse 16 öffnen. Zur Festlegung des Zentrier- und Anpresskegels 15 wird die Druckstange 18d zurückgefahren, worauf die Spannbuchse 16 unter der Wirkung des auf das untere Ende der Spannhülse 18a wirkenden Federpaketes 18b geschlossen und damit die Kegelachse 15a eingespannt wird.
Zwischen Messeinheitaufnahme 11 und Spannbuchse 16 ist ein Rillenkugellager 18e vorgesehen, welches die reibungsarme Verdrehbarkeit des Zentrier- und Anpresskegels 15 gewährleistet.
Im Übrigen entsprechen Aufbau und Arbeitsweise der Vorrichtung nach 2 derjenigen nach 1.
Eine weitere Abwandlung der Vorrichtung gemäß 2 ist in 3 dargestellt.
Bei dieser ist anstelle des Zentrier- und Anpresskegels 15 bei der Ausführungsform gemäß 2 eine segmentierte Spannzange 31 vorgesehen, die mit ihrem Innenkonus auf dem am oberen Ende eines Spanndornes 30 gelegenen Außenkonus aufsitzt. Auf der Oberseite der Spannzange 31 liegt eine mit der Mittenachse 33 mittels einer Schraube 34 fest verbundene Druckscheibe 32 auf.
Wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 wird die so modifizierte Spanneinrichtung gleichfalls bei axialem Vorschub der Druckstange 18d geöffnet und bei Rückzug geschlossen, wobei unter der Wirkung des vorgespannten Federpaketes 18b der Spanndorn 30 vorgeschoben und folglich über die nunmehr radial verspannte Spannzange 31 das Rad 1 im Bereich des Mittenloches 4 eingespannt wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel liegt die mit der Messeinheit 12 verbundene Messschneide 12b an der zylindrischen Außenseite der Spannzange 31 an, sodass anders als bei den Ausführungsbeispielen gemäß 1 und 2 die Exzentrizität des Mittenloches 4 mittelbar am Umfang der Spannzange 31 erfasst wird.

1: Rad
2: Felge
3: Radschüssel
3a: Anlagefläche außen
3b: Anlagefläche innen
4: Mittenloch
10: Gegenhalter
10a: Anpressscheibe (Anpressring)
10b: Anpresszylinder
11: Messeinheitaufnahme
12: Messeinheit für Mittenloch
12a: Messschlitten
12b: Messschneide
13: Messeinheit
13a: Adapterplatte
13b: Messtaster
15: Zentrier- und Anpresskegel
15a: Kegelachse
16: Spannbuchse
18: Spanneinheit
18a: Spannhülse
18b: Federpaket
18c: Druckscheibe
18d: Druckstange
18e: Rillenkugellager
20: Dreh- und Auflagetisch, (Drehteller)
28: Drehachse
30: Spanndorn
31: Spannzange
32: Druckscheibe
33: Mittenachse
34: Schraube

Claims

Verfahren zum Vermessen eines rotationssymmetrischen Bauteiles, insbesondere eines KFZ-Rades mit Mittenloch, das auf den Drehteller einer Dreh- und Spanneinheit montiert ist und zur Messung in Drehbewegung versetzt wird, wobei die Abmessungen des Bauteiles mittels eines an einem Messschlitten angebrachten und parallel zur Bauteilebene verfahrbaren Tastelementes erfasst und mittels eines Prozess- oder Messrechners verarbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufspannen des Bauteiles (1) das Tastelement (12b) bis zu einem Bezugskreis des Bauteiles, vorzugsweise bis zum Rand des Mittenloches (4) des KFZ-Rades (1), verfahren wird, dass mittels des Tastelementes (12b) bei Drehung des Bauteiles (1) um mehr als 360° die Exzentrizität des Bezugskreises, vorzugsweise des Mittenloches (4), des Bauteiles (1) zur Drehachse (28) des Drehtellers (20) gemessen wird und dass der so ermittelte Messwert als Korrekturgröße in den Rechner eingegeben und bei der Verarbeitung weiterer Messergebnisse rechnerisch berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig mit der Messung der Exzentrizität Form und Größe des Mittenloches (4) gemessen werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Tastelement (13) axial gegen das rotationssymmetrische Bauteil (1) gefahren wird und mit diesem bei Drehung des Bauteiles (1) der variierende Abstand zum Drehteller (20) erfasst wird und als Messgröße zur Ermittlung der Ebenheit dem Rechner zugeführt wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Tastelement eine unter Vorspannung am Rande des Mittenloches (4) oder auf der Oberfläche des Bauteiles (1) aufliegende Schneide (12b oder 13b) oder Messrolle ist, aus deren bei Umlauf des Bauteiles (1 bis 4) erfolgenden radialen bzw. axialen Auslenkungen ein dem Rechner zuzuführender Messwert abgeleitet wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Tastelement ein berührungslos arbeitender Abstandssensor, vorzugsweise ein Laserabstandssensor, ist, mit welchem bei Umlauf des Bauteiles ein dem Abstand zum Rand des Mittenloches bzw. zur Oberfläche des Bauteiles entsprechender Messwert ermittelt wird, welcher dem Rechner zugeführt wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Tastelement eine den Abstand zum Rand des Mittelloches bzw. zur Oberfläche des Bauteiles erfassende Optik mit nachgeschalteter Bildauswerteanordnung vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4, 5 oder 6, gekennzeichnet durch einen dem Drehteller (20) gegenüber angeordneten, drehbaren Gegenhalter (10), mit welchem das Bauteil (1) kraftschlüssig gegen den Drehteller (20) gepreßt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4, 5 oder 6, gekennzeichnet durch einen das Mittelloch (4) des Bauteiles (1) durchsetzenden Zentrier- und Anpresskegel (15), mit welchem das Bauteil (1) kraftschlüssig mit dem Drehteller (20) verspannt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4, 5 oder 6, gekennzeichnet durch eine in das Mittenloch (4) des Bauteiles (1) eingreifende Spannvorrichtung, mindestens bestehend aus einer Spannzange (31) und einem Spanndorn (30), wobei der Messtaster (12b) an der Außenfläche der Spannzange (31) anliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrier- und Anpresskegel (15) bzw. die Spannzange (31) segmentiert sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, gekennzeichnet durch Tastelemente zur Ermittlung von Rund- und Planlauf der Reifensitze von KFZ-Rädern, aus deren bei Umlauf des Rades erzeugten Auslenkungen Messwerte hergeleitet werden, die dem Rechner zugeführt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, gekennzeichnet durch Tastelemente zur Messung von Höhe und Durchmesser von Außen- und/oder Innenhorn eines KFZ-Rades.