DE102006029786A1

DE102006029786A1 - Method and device for measuring raw parts

Info

Publication number: DE102006029786A1
Application number: DE200610029786
Authority: DE
Inventors: Armin Klotz
Original assignee: Maschinenfabrik Alfing Kessler GmbH; Alfing Kessler Sondermaschinen GmbH
Current assignee: Maschinenfabrik Alfing Kessler GmbH; Alfing Kessler Sondermaschinen GmbH
Priority date: 2006-06-27
Filing date: 2006-06-27
Publication date: 2008-01-03
Also published as: WO2008000411A1

Abstract

Bei einem Verfahren zum Vermessen von Rohteilen (2), insbesondere mechanisch unbearbeiteten Großkurbelwellen (2a), vor ihrer mechanischen Fertigbearbeitung und zum Ermitteln, ob aus dem Rohteil (2) durch die mechanische Fertigbearbeitung ein maßhaltiges Fertigteil hergestellt werden kann, werden gemessene Ist-Werte mit Soll-Werten einer Sollkontur des Fertigteils oder einer Soll-Kontur des Rohteils (2) verglichen. Mittels einer Scaneinrichtung (6) werden gleichzeitig eine Vielzahl von Punkten auf der Oberfläche des Rohteils (2) erfasst und mittels einer Datenverarbeitungseinrichtung (8) zu einer dreidimensionalen Ist-Kontur des Rohteils (2) zusammengefügt, welche mit der Soll-Kontur des Fertigteils oder der Soll-Kontur des Rohteils (2) verglichen wird.In a method for measuring raw parts (2), in particular mechanically untwisted large crankshaft (2a), before their mechanical finishing and to determine whether from the blank (2) by the mechanical finishing a dimensionally stable finished part can be produced, measured actual values compared with target values of a desired contour of the finished part or a desired contour of the blank (2). By means of a scanning device (6) simultaneously a plurality of points on the surface of the blank (2) are detected and assembled by means of a data processing device (8) to a three-dimensional actual contour of the blank (2), which with the desired contour of the finished part or the desired contour of the blank (2) is compared.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermessen von Rohteilen, insbesondere mechanisch unbearbeiteten Großkurbelwellen, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Vermessen von Rohteilen, insbesondere von mechanisch unbearbeiteten Großkurbelwellen.The The invention relates to a method for measuring raw parts, in particular mechanically unprocessed large crankshafts, according to the closer defined in the preamble of claim 1. Art the invention relates to a device for measuring raw parts, in particular of mechanically unprocessed large crankshafts.

Ein gattungsgemäßes Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung sind aus der EP 0 081 376 A2 bekannt. Hierbei werden an einer Kurbelwelle für eine Brennkraftmaschine mittels eines Laser-Entfernungsmessers nacheinander mehrere Punkte auf der Oberfläche des Rohteils ermittelt und daraus die Umhüllung des Rohteils berechnet. Anschließend wird teils berechnet. Anschließend wird ermittelt, ob das mechanisch bearbeitete Fertigteil in die Umhüllung des Rohteils passt.A generic method and a corresponding device are known from EP 0 081 376 A2 known. In this case, a plurality of points on the surface of the blank are successively determined on a crankshaft for an internal combustion engine by means of a laser rangefinder, and from this the envelope of the blank is calculated. Subsequently, some will be calculated. It is then determined whether the machined finished part fits into the envelope of the blank.

Das dort beschriebene Verfahren dauert jedoch sehr lange und ist daher aus Kostengründen in der Serienfertigung und insbesondere bei der Fertigung von großen Kurbelwellen mit einer Länge von mehr als 1,2 m nur sehr begrenzt einsetzbar. Des weiteren ist die dort beschriebene Messmethode relativ ungenau und führt teilweise zu falschen Ergebnissen, was Nacharbeit und Ausschuss zur Folge haben kann.The However, there described method takes a long time and is therefore for cost reasons in series production and especially in the production of large crankshafts with a length of more than 1.2 m only very limited use. Furthermore, it is the measurement method described there is relatively inaccurate and leads partially result in incorrect results, resulting in rework and rejection may have.

Insbesondere bei Großkurbelwellen mit einzeln geschmiedeten Hubzapfen ergeben sich häufig Variationen der Hubstellung, die dazu führen, dass aus dem Rohteil kein maßhaltiges Fertigteil hergestellt werden kann.Especially in large crankshafts with individually forged crank pin often arise variations the stroke position that cause that from the blank no true to size Prefabricated part can be produced.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vermessen von Rohteilen, insbesondere mechanisch unbearbeiteten Großkurbelwellen mit einer Länge von mehr als 1,2 m, zu schaffen, mit dem bzw. mit der eine schnellere und genauere Arbeitsweise möglich ist.It is therefore an object of the present invention, a method and a device for measuring raw parts, in particular mechanically unprocessed large crankshafts with a length of more than 1.2 m, with or with a faster one and more accurate way of working is possible.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.According to the invention this Task in a method by the features mentioned in claim 1 solved.

Durch die gleichzeitige Vermessung einer Vielzahl von Punkten auf der Oberfläche des Rohteils und der Zusammenfügung derselben zu einer dreidimensionalen Ist-Kontur der Rohteile ist eine sehr schnelle und exakte Arbeitsweise möglich, mit deren Ergebnis eine genaue Aussage darüber getroffen werden kann, ob aus dem vermessenen Rohteil ein maßhaltiges Fertigteil hergestellt werden kann, sodass insgesamt weniger Richtvorgänge an dem Rohteil durchgeführt werden müssen. Falls dennoch festgestellt wird, dass eine Nacharbeit erforderlich ist, so können eventuell notwendige Kundenanfragen mit Ist-Daten durchgeführt werden und es müssen keine zusätzlichen Skizzen angefertigt werden.By the simultaneous measurement of a multitude of points on the surface of the blank and the assembly the same to a three-dimensional actual contour of the blanks is a very fast and exact working possible, with whose result an accurate statement can be made about it, whether made from the measured blank a dimensionally stable finished part can be done so that overall fewer straightening operations are performed on the blank have to. If nevertheless it is determined that a rework is required is, so can Any necessary customer inquiries with actual data can be carried out and it has to No additional Sketches are made.

Insbesondere lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Zeit zur Messung eines Rohteils sehr stark verringern, was zu einer erheblichen Kosteneinsparung führt, zu der auch die Verringerung von Ausschussteilen während der späteren mechanischen Fertigbearbeitung beiträgt. Beispielsweise lässt sich eine sechshubige Großkurbellwelle mit einer von ca. 5,5 m in einer Zeit von unter 30 min vollständig scannen, fügen und auswerten. Mit dem beschriebenen Verfahren ist es des weiteren möglich, genaue Einstellwerte für die Spannvorrichtungen zur Zentrierung des Rohteils zu ermitteln.Especially let yourself with the method according to the invention greatly reduce the time to measure a blank, resulting in Significant cost savings, including reduction of rejects during later mechanical finishing contributes. For example, can be a six-stroke large crankshaft scan completely with one of about 5.5 meters in less than 30 minutes, add and evaluate. With the described method, it is further possible, accurate Setting values for to determine the clamping devices for centering the blank.

Wenn in einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen ist, dass die Rohteile nach dem Vermessen mit Vorgaben für ihre weitere Bearbeitung beschriftet werden, so kann ein ansonsten notwendiges, manuelles und damit sehr umständliches Beschriften des Rohteils vermieden werden.If provided in a very advantageous embodiment of the invention is that the blanks after measuring with specifications for their further processing can be an otherwise necessary, manual and therefore very complicated Labeling of the blank should be avoided.

Um ein einfaches Zusammenfügen der einzelnen Aufnahmen zu ermöglichen, kann in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass Referenzpunkte auf der Oberfläche der Rohteile festgelegt werden.Around a simple merge to allow the individual shots may be provided in a further embodiment of the invention, that set reference points on the surface of the blanks become.

Eine vorrichtungsgemäße Lösung der Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen von Anspruch 5.A device according to the solution The object arises from the features of claim 5.

Mittels der Scaneinrichtung und der mit derselben verbundenen Datenverarbeitungseinrichtung lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren in sehr einfacher Weise ausführen, wodurch sämtliche der oben genannten Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens genutzt werden können. Hierbei ist die Vorrichtung vorteilhafterweise relativ einfach aufgebaut und kann daher mit verhältnismäßig geringen Kosten realisiert werden.through the scanning device and the data processing device connected to it can be the inventive method in a very simple way, whereby all the above advantages of the method according to the invention are used can. In this case, the device is advantageously relatively simple and therefore can be at a relatively low cost will be realized.

Als besonders vorteilhaft hinsichtlich einer schnellen und genauen Ermittlung einer Vielzahl von Punkten auf der Oberfläche des Rohteils hat es sich erwiesen, wenn die Scaneinrichtung als Kamera ausgebildet ist.When particularly advantageous in terms of a quick and accurate determination a multitude of points on the surface of the blank, it has proven when the scanning device is designed as a camera.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Un teransprüchen. Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.Further yield advantageous embodiments and refinements of the invention arising from the remaining Un claims. Below is an embodiment of the invention shown in principle with reference to the drawing.

Es zeigt:It shows:

1 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und 1 a side view of the device according to the invention for carrying out the inventions method according to the invention; and

2 eine Vorderansicht der Vorrichtung gemäß dem Pfeil II aus 1. 2 a front view of the device according to the arrow II 1 ,

In den 1 und 2 ist eine Vorrichtung 1 zum Vermessen von Rohteilen 2, im vorliegenden Fall einer mechanisch unbearbeiteten Großkurbelwelle 2a, dargestellt. Unter Großkurbelwellen 2a werden in diesem Zusammenhang Kurbelwellen mit einer Länge von mindestens 1,2 m verstanden, wie sie beispielsweise in Panzern oder Schiffen eingesetzt werden. Aus dem beispielsweise durch Schmieden hergestellten Rohteil 2 wird durch mechanische Fertigbearbeitung, insbesondere durch eine spanabhebende Bearbeitung, wie z. B. Drehen, Fräsen oder Schleifen, ein nicht dargestelltes, maßhaltiges Fertigteil, im vorliegenden Fall also die für den Einbau in eine Brennkraftmaschine vorgesehene Großkurbelwelle 2a. Da die zur mechanischen Fertigbearbeitung von Kurbelwellen erforderlichen Vorgänge an sich bekannt sind, wird hierin nicht näher darauf eingegan gen. Mit der Vorrichtung 1 soll insbesondere ermittelt werden, ob aus dem Rohteil 2 durch die mechanische Fertigbearbeitung ein maßhaltiges Fertigteil hergestellt werden kann. Das erforderliche Bearbeitungsaufmaß vor der mechanischen Fertigbearbeitung kann beispielsweise 5 mm betragen. Das heißt, dass im vorliegenden Fall das Rohteil 2 im Vergleich mit dem Fertigteil an jeder Stelle 5 mm größer sein muss als das Fertigteil.In the 1 and 2 is a device 1 for measuring raw parts 2 , in the present case a mechanically unprocessed large crankshaft 2a represented. Under big crankshafts 2a are understood in this context crankshafts with a length of at least 1.2 m, as used for example in tanks or ships. From the example produced by forging blank 2 is by mechanical finishing, in particular by a machining, such. As turning, milling or grinding, not shown, dimensionally stable finished part, in the present case, therefore, intended for installation in an internal combustion engine large crankshaft 2a , Since the processes required for the mechanical finishing of crankshafts are known per se, it is not discussed in detail here gegan. With the device 1 In particular, it should be determined whether from the blank 2 By mechanical finishing a dimensionally stable finished part can be produced. The required machining allowance before the mechanical finish machining can be, for example, 5 mm. That is, in the present case, the blank 2 5 mm larger than the finished part at any point compared to the finished part.

Zum Durchführen der Messung ist das Rohteil 2 beispielsweise zwischen zwei einander gegenüberliegenden Spanneinrichtungen 3 und 4 eingespannt, so dass es von Hand oder mit entsprechenden Einrichtungen gedreht werden kann. Gegebenenfalls kann das Rohteil 2 jedoch auch in dieser Stellung fixiert sein. Die beiden Spanneinrichtungen 3 und 4 sind Teil einer in ihrer Gesamtheit nicht dargestellten Zentriermaschine, die in der Lage ist, die zur späteren Bearbeitung notwendigen Zentrierbohrungen in das Rohteil 2 einzubringen.To perform the measurement is the blank 2 for example, between two opposite clamping devices 3 and 4 clamped so that it can be turned by hand or with appropriate facilities. Optionally, the blank 2 but also be fixed in this position. The two clamping devices 3 and 4 are part of a not shown in their entirety centering machine, which is able to necessary for later processing centering holes in the blank 2 contribute.

Die Vorrichtung 1 weist eine Einrichtung 5 zum Vergleichen von gemessenen Ist-Werten mit Soll-Werten einer Soll-Kontur des Fertigteils oder einer Soll-Kontur des Rohteils 2 auf, welche wiederum eine Scaneinrichtung 6 und eine mit der Scaneinrichtung 6 verbundene Datenverarbeitungseinrichtung 7 aufweist. Die Scaneinrichtung 6, welche vorzugsweise als Kamera ausgebildet ist, ist in der Lage, eine Vielzahl von Punkten auf der Oberfläche des Rohteils 2, also eine Punktwolke, zu vermessen, in dem sie entsprechende Aufnahmen bzw. Scans von dem Rohteil 2 macht. Die auch als Kamera bezeichnete Scaneinrichtung 6 projiziert innerhalb ihres Scanfeldes eine Linie auf das Rohteil 2, welche durch Verschiebung zu einer Fläche wird. Die Scandauer pro Aufnahme kann beispielsweise ca. 2,5 s betragen. Zur Durchführung eines Einrichtemodus kann die Scaneinrichtung 6 ein zusätzliches Display aufweisen. Diese einzelnen Aufnahmen werden mittels der Datenverarbeitungseinrichtung 7 zu einer dreidimensionalen Ist-Kontur des Rohteils 2 zusammengefügt und mit der Soll-Kontur des Fertigteils oder der Soll-Kontur des Rohteils 2 verglichen. Hierzu können die Soll-Werte des Fertigteils oder des Rohteils 2 beispielsweise als CAD-Daten vorliegen. Wenn die Ist-Kontur des Rohteils 2 mit der Soll-Kontur des Fertigteils verglichen wird, muss das Aufmaß für die spätere mechanische Bearbeitung von z.B. 5 mm berücksichtigt werden.The device 1 has a facility 5 for comparing measured actual values with target values of a target contour of the finished part or a target contour of the blank 2 which in turn is a scanning device 6 and one with the scanning device 6 connected data processing device 7 having. The scanning device 6 , which is preferably formed as a camera, is capable of a plurality of points on the surface of the blank 2 , so a point cloud, to measure, in which they appropriate shots or scans of the blank 2 power. The scanning device, also referred to as a camera 6 projects a line on the blank within its scan field 2 which becomes a surface by displacement. For example, the scan duration per shot may be approximately 2.5 s. To perform a set-up mode, the scanning device 6 have an additional display. These individual recordings are made by means of the data processing device 7 to a three-dimensional actual contour of the blank 2 assembled and with the desired contour of the finished part or the nominal contour of the blank 2 compared. For this, the target values of the finished part or the blank can be used 2 for example, as CAD data. If the actual contour of the blank 2 is compared with the target contour of the finished part, the allowance for the subsequent mechanical processing of eg 5 mm must be taken into account.

Zum Fügen der einzelnen Aufnahmen werden nicht dargestellte Referenzpunkte auf der Oberfläche des Rohteils festgelegt, so dass die Datenverarbeitungseinrichtung 7 durch Aufeinanderlegen der Referenzpunkte die einzelnen Aufnahmen in einfacher Weise zusammenfügen kann. Die Referenzpunkte werden mit der Einrichtung 5 mitgeführt, auf dem Tisch der Zentriermaschine fest angebracht oder auf das Rohteil 2 aufgeklebt. Um die einzelnen Aufnahmen zusammenfügen zu können, weisen diese eine Überdeckung von jeweils ca. einem Drittel der gesamten Größe der Aufnahme auf. Das Ergebnis des Soll-Ist-Vergleichs wird in Falschfarben dargestellt und gleichzeitig wird ein Messprotokoll ausgegeben. Hierzu können an die Datenverarbeitungseinrichtung 7 ein Display und ein Drucker angeschlossen sein, um die Ist- bzw. die Soll-Kontur farbig anzuzeigen und um einen Ausdruck zu erstellen.For joining the individual recordings, not shown reference points are defined on the surface of the blank, so that the data processing device 7 By stacking the reference points, the individual recordings can be put together in a simple way. The reference points will be with the device 5 carried along, firmly mounted on the table of the centering machine or on the blank 2 glued. In order to assemble the individual recordings, they have an overlap of approximately one third of the total size of the recording. The result of the target / actual comparison is displayed in false colors and at the same time a measurement report is output. For this purpose, to the data processing device 7 a display and a printer connected to the actual or the target contour to display in color and to create a printout.

Das Messsystem arbeitet automatisch und berührungslos und ist in der Lage, das Rohteil 2 vollflächig zu erfassen, insbesondere im Hinblick auf sich durch die jeweilige Konstruktion des Rohteils 2 ergebende Freiformflächen. Um unterschiedlich geformte Rohteile 2 erfassen zu können, ist die Scaneinrichtung 6 an einer in mehreren Achsen beweglichen, im vorliegenden Fall als 6-Achsen-Roboter ausgebildeten Handhabungseinrichtung 8 angebracht, welche auf einer Linearführung 9 geführt und in Längsrichtung des Rohteils 2 verschieblich ist. Durch die Handhabungseinrichtung 8 ist es möglich, die Scaneinrichtung 6 relativ zu dem Rohteil 2 zu verfahren. Während der Messung wird das Rohteil 2 durch die vorzugsweise mit der Einrichtung 5 verbundene Steuerung gedreht und über die angebrachten Referenzpunkte neu referenziert.The measuring system works automatically and without contact and is able to handle the blank 2 to capture the entire surface, in particular with regard to the respective construction of the blank 2 resulting free-form surfaces. To differently shaped blanks 2 to capture is the scanning device 6 on a movable in multiple axes, in this case designed as a 6-axis robot handling device 8th attached, which on a linear guide 9 guided and in the longitudinal direction of the blank 2 is displaceable. By the handling device 8th is it possible to use the scanning device 6 relative to the blank 2 to proceed. During the measurement, the blank is 2 preferably through the device 5 connected control and re-referenced via the attached reference points.

Nach dem Vermessen kann das Rohteil 2 mittels einer im vorliegenden Fall an der Scaneinrichtung 6 angebrachten Beschriftungseinrichtung 10 zum Beispiel mit Vor gaben für seine weitere mechanische Bearbeitung oder seine Nachbearbeitung, jedoch auch mit Einstellwerten mit Richtungsangaben zum Einstellen von Spannfuttern, mit Angriffspunkten und Richtungen für spätere Richtvorgänge, mit der Kontur des Referenzteils in Bereichen mit Untermaß sowie mit Längen- und Hubstellungsmarkierungen versehen werden. Die Beschriftungseinrichtung 10 kann eine ähnliche Arbeitsweise wie ein an sich bekannter Tintenstrahldrucker aufweisen, wobei jedoch eine Flüssigkeit verwendet werden sollte, die an dem Rohteil 2 anhaftet, wie z.B. wasserfeste Tinte.After measuring, the blank can 2 by means of a in the present case on the scanning device 6 attached labeling device 10 For example, with specifications for its further mechanical processing or its post-processing, but also with setting values with directions for setting chucks, with points of attack and directions for later straightening, with the contour of the reference part in areas with undersize and be provided with length and Hubstellungsmarkierungen. The labeling device 10 may have a similar operation as a per se known ink jet printer, but a liquid should be used which is on the blank 2 attached, such as waterproof ink.

Die Scaneinrichtung 6 kann beispielsweise ein Scanfeld von ca. 40 × 60 cm, einen Abstand von 1,2 m zum Bauteil, eine Scanfeldtiefe von +/- 0,2 m und eine Scanzeit von ca. 2,5 s aufweisen. Durch die Größe des Scanfelds kann das Rohteil 2 innerhalb sehr kurzer Zeit vollständig erfasst werden, wobei im vorliegenden Fall die Zeitdauer zum Scannen, Berechnen, Visualisieren und Beschriften eines Rohteils mit einer Länge von 5,5 m maximal ca. 30 min. beträgt.The scanning device 6 For example, a scan field of about 40 × 60 cm, a distance of 1.2 m to the component, a scan field depth of +/- 0.2 m and a scan time of about 2.5 s have. The size of the scan field may cause the blank 2 within a very short time, in which case the duration for scanning, calculating, visualizing and labeling a blank with a length of 5.5 m is a maximum of about 30 min. is.

Zusätzlich zu der Scaneinrichtung 6 kann die Vorrichtung 1 mit anderen Messmitteln, z.B. taktilen oder optischen Messmitteln, ausgestattet sein.In addition to the scanning device 6 can the device 1 be equipped with other measuring equipment, eg tactile or optical measuring equipment.

Claims

Method for measuring blanks, in particular mechanically untreated crankshafts, before their mechanical finishing and for determining whether a dimensionally stable finished part can be produced from the blank by the mechanical finishing, wherein measured actual values with target values of a desired contour of the finished part or a target Contour of the blank to be compared, characterized in that by means of a scanning device ( 6 ) simultaneously a plurality of points on the surface of the blank ( 2 ) and by means of a data processing device ( 8th ) to a three-dimensional actual contour of the blank ( 2 ), which with the desired contour of the finished part or the nominal contour of the blank ( 2 ) is compared.

Method according to claim 1, characterized in that the blank ( 2 ) is labeled after measuring with specifications for its further processing.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that for joining individual scans reference points with a device ( 5 ) for comparing the measured actual values with the desired values of the target contour of the finished part or the target contour of the blank ( 2 ), fixed on the table of the centering machine or on the blank ( 2 ) are glued on.

Method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the blank ( 2 ) is clamped rotatably on both sides during the measurement.

Apparatus for measuring raw parts, in particular mechanically untreated large crankshafts, before their mechanical finishing and for determining whether a dimensionally stable finished part can be produced from the blank by the mechanical finishing, with a device for comparing the measured actual values with target values of a target -Contour of the finished part or a nominal contour of the blank, characterized in that the device ( 5 ) for comparing the measured actual values with desired values of a desired contour of the finished part, a scanning device ( 6 ), which is capable of a plurality of points on the surface of the blank ( 2 ) and a data processing device ( 7 ), which is capable of the plurality of points to a three-dimensional actual contour of the blank ( 2 ) and with the desired contour of the finished part or the nominal contour of the blank ( 2 ) to compare.

Apparatus according to claim 5, characterized in that the scanning device ( 6 ) is designed as a camera, which is able, within a scan field, a line on the blank ( 2 ) and to create an area by displacement.

Apparatus according to claim 5 or 6, characterized in that the scanning device ( 6 ) on a multi-axis mobile handling device ( 8th ) is attached.

Apparatus according to claim 7, characterized in that the handling device ( 8th ) on a linear guide ( 9 ) is guided.

Device according to one of claims 5 to 8, characterized in that a labeling device ( 10 ) for inscribing the blank ( 2 ) is provided after its measurement.

Device according to one of claims 5 to 9, characterized in that in addition to the scanning device ( 6 ) are provided tactile and / or optical measuring means.