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Die Erfindung betrifft eine Verzahnungsmessmaschine und ein Verfahren zum Betreiben einer Verzahnungsmessmaschine.
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Bekannt sind Verzahnungsmessmaschinen, bei denen ein Zahnrad an einem Messtaster abgewälzt wird, wobei der Messtaster die Abweichungen der Verzahnung von der Idealform als Auslenkung detektiert.
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Aus dem 3. Absatz der Seite 12 der
DE 691 19 762 T2 ist ein Mehrfunktionsmesssystem bekannt, bei dem der Sensor zur geometrischen Vermessung des Prüflings nach dem kapazitiven, magnetischen oder pneumatischen Typ ausgeführt ist.
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Aus dem Anspruch 2 der
DE 40 39 336 C2 ist eine Messmaschine bekannt bei der der Koordinatenmesstaster gegen einen den Prüfling kontaktierenden Temperaturmesskopf austauschbar ist. Aus den
2 und
4 ist ein Kugelgelenkmechanismus zusammen mit Federelement bekannt, das eine gute Kontaktierung eines einzelnen Messpunktes ermöglicht. Wie aus der dortigen Beschreibung erklärt, wird ein Punkt sehr schnell vermessbar durch eine prognostizierende Auswertung der Temperaturmesswertverläufe.
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Aus der
EP 1 407 224 B1 ist ein Verfahren zur Messung von Oberflächeneigenschaften bekannt, bei dem ein taktiler Sensor verwendet wird.
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Aus der
DE 195 08 861 A1 ist ein Koordinatenmessgerät mit einer Einrichtung für die Rauheitsmessung bekannt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Fertigungsqualität bei geringerer Fertigungszeit zu verbessern.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Verzahnungsmessmaschine nach den in Anspruch 1 und bei dem Verfahren zum Betreiben einer Verzahnungsmessmaschine nach den in Anspruch 7 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Wichtige Merkmale der Erfindung bei der Verzahnungsmessmaschine sind, dass ein Mittel zur Aufnahme eines Sensors zur Bestimmung von Materialeigenschaften eines Prüflings, insbesondere Verzahnungsteil,
- - wahlweise anstatt eines Messtasters der Maschine oder
- - zusammen mit einem Messtaster der Maschine
vorgesehen ist. Insbesondere ist die Maschine mit an einem Verzahnungsteil entlang geführtem, berührend messendem Messtaster ausgeführt.
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Von Vorteil ist dabei, dass die Fertigungsqualität verbessert ist, da nicht nur geometrische Formabweichungen, sondern auch fertigungsbedingte Verschlechterungen der Materialeigenschaften, wie beispielsweise Schleifbrand berührungslos detektierbar sind. Eine weitere Aufspannung des Prüflings auf einen weiteren Dorn einer weiteren Maschine ist nicht notwendig. Außerdem ist die Bewegung der Maschine wie bei einer bekannten Messmaschine steuerbar. Somit ist für die Steuerung der Bewegung der Maschine bei der Entlangführung des Sensors keine weitere Information notwendig. Die Maschine ist also in der gleichen Weise wie bei der formbezogenen Vermessung betreibbar. Es ist sogar dieselbe Maschine für beide Vermessungen verwendbar beziehungsweise Sensor und Messtaster an derselben Aufnahme anbringbar.
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Unter Messtaster wird hier ein in ein, zwei oder drei Dimensionen auslenkbarer Arm mit kugelförmigem kopfartigem axialen Endbereich verstanden, wobei eine Anzahl von Signalspannungen erzeugt wird, die der Anzahl von Dimensionen entspricht und wobei die jeweilige Signalspannung der Auslenkung entspricht.
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Weiter ist von Vorteil, dass nicht nur die Materialeigenschaften eines Oberflächenpunktes, sondern einer kontinuierlich abfahrbaren Prüflinie bestimmbar sind. Dies ist insbesondere bei einem Zahnrad ausführbar, dessen Zahnflankenbereiche jeweils einzeln angefahren und dann vermessen werden müssen. Mittels des Messtasters ist die geometrische Lage der rechten und linken Zahnflanken jeweils bestimmbar. Außerdem ist gemäß den Verzahnungsdaten der Messtaster entlang der Oberfläche des Zahnrades mittels Wälzbewegung durch die Maschinenachsen führbar. Die Abweichungen von der Idealform, wie Evolvente, sind vom Messtaster detektierbar. Durch Abspeichern der Messwerte zusammen mit dem Werten der Maschinenachsen ist im Speicher der Maschine der wirkliche geometrische Verlauf abspeicherbar.
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Nach der geometrischen Vermessung ist nun der Messtaster austauschbar gegen einen Sensor, wie Wirbelstromsensor oder Barkhausen-Sensor. Die Maschine ist dann befähigt, diesen Sensor entlang der festgestellten Oberflächenverläufe zu verfahren
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Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung betreffen die Materialeigenschaften die Härtetiefe, den Anteil des aus Kristalliten ausgetretenen Kohlenstoffs, die Materialzusammensetzung und/oder das Vorhandensein von Schleifbrand an der Oberfläche des Prüflings. Von Vorteil ist dabei, dass nicht nur die geometrische, sondern auch die Materialeigenschaften betreffende Abweichung vom Soll feststellbar ist. Insbesondere ist somit die Qualität bei der Herstellung verbesserbar und Zeit einsparbar, da dieselbe Maschine verwendbar ist.
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Der Prüfling ist aus Stahl gefertigt und an seiner Oberfläche gehärtet, also einem Härteverfahren unterzogen worden ist, insbesondere Verfahrensprodukt eines Härteverfahrens ist. Von Vorteil ist dabei, dass mit dem Verzahnrad nach Einbau in einem Getriebe hohe Drehmomente übertragbar sind.
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Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung weist der Prüfling zumindest einen Oberflächenbereich, insbesondere Zahnflanke, auf, der einer spanenden Bearbeitung unterzogen worden ist, wie Schleifverfahren, insbesondere wobei das Schleifverfahren mit einem Werkzeug ausgeführt wurde, das eine CBN-Schleifscheibe oder eine Korund enthaltende Schleifscheibe umfasst. Von Vorteil ist dabei, dass ein möglichst schnelles Fertigen ausführbar ist, wobei dann mittels des Sensors ein Überschreiten der maximal zulässigen Belastung bestimmbar ist. Wenn also beispielsweise Schleifbrand detektiert wird, müssen im entsprechenden Oberflächenbereich die thermischen Belastungen beim spanenden Fertigen reduziert werden. Insbesondere ist also ermöglicht das spanende Fertigen, wie Schleifen, in gewissen Bereichen der Zahnflanke langsamer auszuführen und/oder die Zustellung zu reduzieren und somit die auftretende Spitzenwärme zu reduzieren. Auch ein bereichsabhängiges Anpassen der Geschwindigkeit und/oder Zustellung ist ausführbar.
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Der Prüfling ist ein Verzahnungsteil und/oder ein Zahnrad, insbesondere ein im Wesentlichen evolventenverzahntes Zahnrad mit verschwindendem oder nicht-verschwindendem Schrägungswinkel. Von Vorteil ist dabei, dass die Erfindung nicht nur bei einfachen Evolventen-Geradverzahnungen, sondern auch bei komplizierten Geometrieen, wie Evolventen-Schrägverzahnungen, ausführbar ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung sind die Maschinenachsen derart bewegbar, dass der Sensor relativ zum Prüfling im Wesentlichen eine Wälzbewegung ausführt. Von Vorteil ist dabei, dass die Bewegung einfach und schnell ausführbar ist, insbesondere ist bei der Wälzbewegung jede Achse der Maschine, also Linearachsen und Rotationsachse, gleichförmig bewegbar und daher besonders einfach regelbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind Sensor und Messtaster automatisiert austauschbar. Von Vorteil ist dabei, dass bei nacheinander auszuführenden Messvorgängen ein schneller Wechsel realisierbar ist und somit Zeit einsparbar ist. Insbesondere ist dem Rechner der Maschine die Winkelstellung und somit Zahnflankenposition des Prüflings bekannt sowie dessen Verzahnungsdaten. Ebenso sind die gegebenenfalls unterschiedlichen Längen des Messtasters und des Sensors bekannt sowie weitere geometrische Daten derselben. Mit diesen Informationen ist die Maschine somit derart steuerbar, dass Kollisionen vermeidbar sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind der Messtaster und/oder Sensor auf zwei zueinander senkrechten Linearachsen bewegbar angeordnet, insbesondere wobei die Richtungen in axialer und radialer Richtung des Prüflings vorgesehen sind, also die beiden Richtungen eine Ebene aufspannen, in welcher die Symmetrieachse des Prüflings liegt. Von Vorteil ist dabei, dass einfache Bewegungen ausgeführt werden, so dass geringe Erschütterungen oder Rucke auf den Messtaster und Sensor wirken und somit die Messergebnisse ein sehr gutes Signal-Rauschverhältnis aufweisen.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Prüfling auf einer Drehachse mitbewegbar aufgesetzt. Von Vorteil ist dabei, dass eine Drehung in einfacher Weise ermöglicht ist und somit in Kombination mit den Linearachsen eine Wälzbewegung ausführbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Maschine einen Rechner mit Anzeigemittel, wobei die gemessenen geometrischen oder auf die Materialeigenschaften bezogenen Daten in einem mit dem Rechner verbundenen Speicher abspeicherbar und/oder mittels der Anzeigemittel anzeigbar sind. Von Vorteil ist dabei, dass während oder unmittelbar nach der Messung Messergebnisse anzeigbar sind. Insbesondere ist eine Zuordnung der auf die Materialeigenschaften bezogenen Werte zu den geometrisch bezogenen Daten ermöglicht. Vorzugsweise werden Schleifbrandgebiete an einer bildhaften Darstellung des Zahnrades kenntlich gemacht durch entsprechende Färbung, Graustufen oder dergleichen.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Rechner eine Steuerung, mittels der die Achsbewegungen steuerbar sind. Von Vorteil ist dabei, dass die Messung automatisch ausführbar ist.
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Wichtige Merkmale bei dem Verfahren sind, dass anstatt oder zusammen mit einem Messtaster ein Sensor zur Bestimmung von Materialeigenschaften entlang der Oberfläche eines Prüflings geführt wird. Von Vorteil ist dabei, dass die bei der Vermessung mittels Messtaster gewonnenen Daten bei der Vermessung der Bestimmung der Materialeigenschaften berücksichtigbar sind zum Steuern der Maschine.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird in einem ersten Schritt mittels des Messtasters die Form des Zahnrades vermessen, insbesondere in Teilbereichen der Oberfläche des Zahnrades, wie beispielsweise in Zahnflankenbereichen, und entsprechende, die Form betreffende Daten in einem mit einem Rechner verbundenen Datenspeicher gespeichert. Von Vorteil ist dabei, dass die Daten bei einer nachfolgenden Vermessung mit dem Sensor verwendbar sind zur Steuerung der Maschine.
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Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird in einem zweiten Schritt der Sensor entlang der Oberfläche des Prüflings geführt, wobei die gespeicherten Daten derart berücksichtigt werden, dass der Sensor auf im Wesentlichen konstantem Abstand zur Oberfläche des Prüflings gehalten wird. Von Vorteil ist dabei, dass die Messergebnisse verbessert sind, insbesondere ein sehr gutes Signal-Rausch-Verhältnis erreichbar ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird in einem zweiten Schritt der Sensor entlang der Oberfläche des Prüflings geführt, wobei die gespeicherten Daten bei der Auswertung der Sensorsignale berücksichtigt werden. Von Vorteil ist dabei, dass die im Speicher abgelegten Daten bei der Steuerung der Maschine derart berücksichtigt werden, dass der Abstand konstant haltbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird beim ersten Schritt der Prüfling relativ zum Messtaster, insbesondere ohne Berücksichtigung von Auslenkungen des Messtasters, welche durch Abweichungen von der Idealform des Prüflings bedingt sind, eine Wälzbewegung ausführt. Von Vorteil ist dabei, dass eine besonders ruckfreie Bewegung ausführbar ist, insbesondere sind die Geschwindigkeiten beziehungsweise Drehgeschwindigkeit während der Bewegung konstant.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
- In der 2 ist ein erfindungsgemäßer Sensor an einer Verzahnung eines Zahnrades gezeigt. Die Verzahnung ist dabei eine Schrägverzahnung, insbesondere eine Evolventen-Schrägverzahnung.
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In der 1 ist eine Verzahnungsmessmaschine gezeigt, wobei ein Zahnrad 1 vermessen wird. Das Zahnrad ist um von einer Drehwelle 6 als Achse des Zahnrades drehbar aufgenommen. Der Sensor 3 ist in einer Tasteraufnahme 5 aufgenommen und radial sowie axial zur Achse bewegbar angeordnet.
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In der 3 ist die Verzahnungsmessmaschine samt Zahnrad 1 in zur 1 zugehöriger Schrägansicht gezeigt.
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Im einfachsten Fall ist die Verzahnung des Zahnrades als Evolventenverzahnung ausgeführt und somit ist eine Wälzbewegung, also ein Drehen des Zahnrades bei gleichzeitig darauf abgestimmtem, insbesondere zum Drehwinkel proportionalem, radialen Herausbewegen, ausführbar. Bei idealer Evolventenverzahnung bleibt somit der Abstand zwischen dem Sensor 3 und der Oberfläche des jeweils zu vermessenden Zahnes 2 der Verzahnung des Zahnrades 1 konstant.
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Die Sensorsignale werden über die Sensorleitung einem Rechner zugeführt, der mit einem Anzeigeelement verbunden ist, so dass die Messergebnisse in graphischer Form anzeigbar sind.
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Die Tasteraufnahme 5 ist derart ausgeführt, dass verschiedene Sorten von Sensoren einsetzbar sind. Bei Einsatz von einem Messtaster 7, welcher vorzugsweise in einer Aufnahme der Verzahnungsmessmaschine vorgesehen ist und anstatt des Sensors einsetzbar ist, an Stelle des Sensors 3 ist das Zahnrad in der bekannten Weise messbar, also die Abweichung von der idealen Form detektierbar, die am Bildschirm anzeigbar ist und/oder an einem mit dem Rechner verbundenen Drucker auf Papier ausdruckbar.
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Nach Austausch des Messtasters 7 gegen den Sensor 3 ist eine Bestimmung von Werten anderer physikalischer Größen ausführbar, wobei diese Werte ebenfalls am Bildschirm 8 als Anzeigeelement anzeigbar und/oder am Drucker ausdruckbar sind.
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Vorzugsweise erfolgt das Austauschen des Messtasters und des Sensors automatisiert, indem die Tasteraufnahme 5 an eine entsprechende Position gebracht wird, in welcher ein automatisierter Austausch ermöglicht ist.
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Als Sensor 3 ist ein Sensor zur Bestimmung der Materialeigenschaften vorgesehen, wie beispielsweise ein Wirbelstromsensor, ein Sensor zur Bestimmung des Barkhausenrauschens oder ein anderer Sensor zu Bestimmung von Oberflächeneigenschaften, wie Härte oder Materialzusammensetzung. Auf diese Weise ist also bei Verwendung eines Zahnrades 1 aus oberflächengehärtetem Stahl die Bestimmung von sogenannten Schleifbrandbereichen, also Bereichen, bei deren Schleifbearbeitung Materialumwandlung, wie beispielsweise das Austreten von Kohlenstoff aus einer Kristallstruktur, aufgetreten ist, ermöglicht.
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In 2 ist nochmals verdeutlicht, dass die Messung auch bei einer Schrägverzahnung ausführbar ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Messverfahren gibt es nun bei einer ersten Ausführungsvariante die Option, dass zunächst das Zahnrad 1 mit dem Messtaster 7 vermessen wird, um die wirkliche Ausformung der Oberfläche der Verzahnung zu bestimmen. Danach wird dann der Sensor 3 zur Bestimmung der Materialeigenschaften an der Tasteraufnahme 5 verbunden und die Vermessung der Oberfläche der Verzahnung ausgeführt. Dabei wird die Bewegung des Zahnrades, also beispielsweise die ideale Wälzbewegung, unter Berücksichtigung der zuvor mit der Vermessung mittels des Messtasters 7 bestimmten Formdaten modifiziert. Vorzugsweise ist dabei die Modifizierung derart ausgeführt, dass der Abstand zwischen Sensor 3 und der nächstliegenden, zu vermessenden Oberflächenbereichs der Verzahnung im Wesentlichen konstant ist. Diese Konstanz ist für langsame Geschwindigkeiten bei der Bewegung in einfacherer und weniger aufwendigerer Weise erreichbar als bei schnellen Bewegungen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Messverfahren gibt es nun bei einer weiteren Ausführungsvariante die Option, dass die Bewegung des Zahnrades 1 ideal ausgeführt wird und eine Berücksichtigung der zuvor mit der Vermessung mittels des Messtasters 7 bestimmten Formdaten beim Auswerten der Signale des Sensors 3 durchgeführt wird.
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Bei einer weiteren Option wird der Messtaster und der Sensor mit zwei miteinander verbundenen Aufnahmen aneinander befestigt oder eine spezielle Aufnahme für beide Sensoren vorgesehen. Somit ist schon während der mit der Vermessung mittels des Messtasters 7 zur Bestimmung der Formdaten durchgeführten Messung auch die Bestimmung der Materialeigenschaften ermöglicht. Vorzugsweise wird hierbei die mittels des Messtasters bestimmte Entfernung zur Oberfläche bei der Auswertung der Sensorsignale berücksichtigt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Zahnrad
- 2
- Zahn
- 3
- Sensor
- 4
- Sensorleitung
- 5
- Tasteraufnahme
- 6
- Drehwelle
- 7
- Messtaster
- 8
- Bildschirm als Anzeigeelement
