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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung von Parametern der Verzahnung eines Verzahnungsteils.
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Aus der
DE 101 23 496 A1 ist bekannt, mittels taktiler Sensoren Verzahnungsteile zu vermessen mittels einer Verzahnungsmessmaschine und somit zur Bestimmung von Parametern der Verzahnung eines Verzahnungsteils zu verwenden. Hierbei wird der taktile Sensor zu Beginn auf das Verzahnungsteil hinzu bewegt, bis Berührung eintritt. Dieses Hinzubewegen muss sehr vorsichtig, also langsam ausgeführt werden, damit noch innerhalb des Bereiches der erlaubten elastischen Auslenkung des taktilen Sensors ein Abbremsen ermöglicht ist. Zur Vermessung der Zahnlückenweite und weiterer Parameter der Verzahnung, wie diametrales Zweikugelmaß oder dergleichen, ist ein Einfahren des taktilen Sensors in eine jeweilige Zahnlücke auszuführen, was wiederum vorsichtig durchzuführen ist. Die Drehrichtung des Verzahnungsteils wird dabei gewechselt. Denn nach der Berührung einer Flanke der Zahnlücke wird die andere Flanke angefahren, um den entsprechenden Differenzwinkel des Verzahnungsteils bei den beiden zugehörigen Berührereignissen zu erfassen und daraus Parameter der Verzahnung zu bestimmen. Weiter ist es wichtig, dass die Steuereinheit vor Beginn der Messung grundlegende Parameter der Verzahnung, wie beispielsweise Zähnezahl, Modul und/oder Teilkreisradius der Verzahnung mitgeteilt bekommt. Fälschlich mitgeteilte Daten können unter Umständen eine Kollision verursachen oder zumindest eine Sicherheitsabschaltung bewirken. Außerdem ist bei der taktilen Vermessung eines Verzahnungsteils mit Evolventen-förmigen Zahnflanken eine Wälzbewegung auszuführen. Dabei muss die Entfernung der Aufnahme des taktilen Sensors zur Drehachse des Verzahnungsteils proportional zum Drehwinkel der Drehachse ansteigen. Der Sensor wird also dem Evolventenprofil eines Zahns nachgeführt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung von Parametern der Verzahnung eines Verzahnungsteils weiterzubilden, wobei die Erfassung der Verzahnungsdaten möglichst schnell erfolgen soll.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Vorrichtung nach den in Anspruch 1 und bei dem Verfahren nach den in Anspruch 6 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Wichtige Merkmale der Erfindung bei der Vorrichtung sind, dass sie zur Bestimmung von Parametern der Verzahnung eines Verzahnungsteils vorgesehen ist,
wobei das Verzahnungsteil drehbar angeordnet ist, wobei ein Sensor zur Erfassung des Drehwinkels des Verzahnungsteils vorgesehen ist, insbesondere wobei die erfassten Drehwinkelwerte einer Auswerteelektronik zuführbar sind,
wobei ein weiterer Sensor zur Erfassung der Entfernung zwischen Verzahnungsteil und diesem weiteren Sensor vorgesehen ist,
wobei der weitere Sensor ein nicht-taktiler Sensor ist, so dass Verzahnungsdaten berührungslos erfassbar sind, insbesondere optisch.
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Von Vorteil ist dabei, dass keine sicherheitserhöhenden Maßnahmen, wie vorsichtiges langsames Bewegen notwendig sind. Insbesondere ist keine Kollision zu befürchten, da der weitere Sensor das Verzahnungsteil nicht berührt. Somit ist das Verzahnungsteil schnell und gleichmäßig, also ohne Abbremsen und nachfolgendes Beschleunigen oder Drehrichtungswechsel, drehbar. Außerdem ist keine Wälzbewegung notwendig, sondern nur das Drehen einer Drehachse der Verzahnungsmessmaschine, auf der das Verzahnungsteil aufgenommen ist. Vorteiligerweise wird also bei der Messung kein Sensor bewegt und somit nur der Prüfling. Außerdem arbeitet der Sensor verschleißfrei.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind Mittel zum zeitgleichen Erfassen der Messwerte der Sensoren vorgesehen, insbesondere wobei ein Triggersignal aus dem Signal des Sensors zur Erfassung der Drehwinkelwerte des Verzahnungsteils vorgesehen ist. Von Vorteil ist dabei, dass für jeden erfassten und zum zuvor erfassten Messwert veränderten Messwert des Drehwinkel-Sensors ein zeitgleicher Messwert des nicht-taktilen Sensors erfassbar ist. Hierzu ist bei Änderung des Messwertes des Drehwinkel-Sensors ein Triggersignal erzeugbar, auf das hin der Messwert des nicht-taktilen Sensors erfasst und abgespeichert wird. Die somit zeitgleichen Messwerte der beiden Sensoren sind als zusammengehöriges Messwertepaar abspeicherbar. Somit ist mittels aller auf diese Weise erfassten Messwertepaare eine Polarkoordinatendarstellung eines Profils des Verzahnungsteils erhältlich.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der weitere Sensor ein Laser-Wegmesssensor oder ein Triangulationssensor. Von Vorteil ist dabei, dass ein optisch arbeitender Sensor einsetzbar ist, so dass eine hohe Genauigkeit erreichbar ist, ohne dass ein hoher mechanischer Aufwand zum Herstellen des Sensors notwendig ist.
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Wichtige Merkmale bei dem Verfahren zum Erfassen von Parametern einer Verzahnung eines Verzahnungsteils, insbesondere zum Betreiben einer vorbeschriebenen Vorrichtung, sind, dass bei der Erfassung das Verzahnungsteil in einer einzigen Drehrichtung gedreht wird, insbesondere ohne Drehrichtungsumkehr. Von Vorteil ist dabei, dass eine besonders schnelle Erfassung der Messdaten ausführbar ist, da das Verzahnungsteil gleichmäßig drehbar ist und nicht zu beschleunigen und darauf folgend wieder abzubremsen ist. Außerdem ist keine Wälzbewegung, also das Drehen einer Drehachse bei proportionalem translatorischem Verschieben einer Linearachse, erforderlich sondern nur das Drehen einer Drehachse, also nur die Bewegung einer einzigen Achse für das Vermessen des Verzahnungsteils.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird
- – zu Beginn der Erfassung der Messdaten das Verzahnungsteil in Drehrichtung um seine Achse beschleunigt,
- – während der Erfassung der Messdaten kontinuierlich, insbesondere mit im Wesentlicher konstanter Geschwindigkeit, gedreht,
- – nach Erfassung der Messdaten das Verzahnungsteil in Drehrichtung um seine Achse abgebremst.
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Von Vorteil ist dabei, dass während der Erfassung der Messdaten keine Beschleunigung oder Abbremsung erfolgt. Somit ist ein gleichmäßiges Bewegen zum Ausführen der Messung durchführbar und eine hohe Genauigkeit erreichbar bei schneller Messwerteaufnahme.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird aus dem Signal des Sensors ein Triggersignal erzeugt, mit welchem die Signale des Sensors zur Erfassung der Drehwinkellage des Verzahnungsteils getriggert erfasst werden, insbesondere also zu jedem Triggerpuls ein jeweiliger Messwert. Von Vorteil ist dabei, dass eine im Wesentlichen zeitgleiche Erfassung der Messwerte beider Sensoren ausführbar ist und somit eine hohe Genauigkeit auch bei schneller Drehbewegung erreichbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird als Parameter das diametrale Zweikugelmaß der Verzahnung und/oder die Zahnweite bestimmt. Von Vorteil ist dabei, dass diese Messdaten mittels einer mathematischen Methode aus dem in Polarkoordinaten darstellbaren Oberflächenbereich des Verzahnungsteils, insbesondere aus den in einer axialen Position bei der Drehbewegung des Verzahnungsteils erfassten Entfernungswerte bestimmbar sind.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
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Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
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In der 1 ist eine erfindungsgemäße Messvorrichtung zur Durchführung eines Messverfahrens gezeigt, wobei die Verzahnungsparameter, also Prüfparameter, eines Verzahnungsteils 3 bestimmt werden.
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Hierzu ist das Verzahnungsteil 3 über eine Aufnahme 4 in einer Maschine angeordnet und von einem Antrieb 1 drehbar.
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Zur Bestimmung der Winkellage bei oder nach Ausführen der Drehbewegung des über die Aufnahme 4 drehbar gelagerten Verzahnungsteiles 3 ist ein Winkelsensor 2 vorgesehen.
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Des Weiteren ist ein Sensor 5, insbesondere ein nicht-taktiler Sensor, vorgesehen, der stationär, also nicht mit dem Verzahnungsteil 3 mitdrehbar, angeordnet ist.
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Der empfindliche Bereich des Sensors 5 detektiert die Entfernung, also den Messabstand a, zu einem im Rahmen der Messauflösung im wesentlichen punktförmigen Oberflächenbereich des Verzahnungsteils 3. Dabei ist die Entfernung nur innerhalb eines empfindlichen Bereichs des Sensors 5 detektierbar, insbesondere innerhalb eines Messbereichs b um einen Referenzabstand c herum.
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Die Signale des Sensors 5 werden an eine Auswerteeinheit geführt, der auch die Winkelmesswerte zuführbar sind. Dabei wird der jeweilige Signalwert des Sensors 5 zum zugehörigen Winkelmesswert abgespeichert und weiterverarbeitet.
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Hierzu wird vorzugsweise bei Eintreffen eines neuen Winkelmesswertes der Signalwert getriggert erfasst. Aus den Signalwerten des Sensors 5 wird die Entfernung zum Verzahnungsteil berechnet, wodurch zu jedem Winkelwert der Entfernungswert bestimmbar ist und somit auch eine diskretisierte Polarkoordinatendarstellung des Umfangs des Verzahnungsteils.
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Da der Sensor 5 nicht taktil, also nicht-berührend, arbeitet und die Messwerte somit berührungslos erfasst, ist keine Kollisionsvermeidung notwendig. Insbesondere ist ein langsames vorsichtiges Heranfahren eines taktilen Sensors vermeidbar und somit ein schnelles Ausführen von Bewegungen.
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Des Weiteren ist die Vermessung des Verzahnungsteils derart ausführbar, dass das Verzahnungsteil mit einer im Wesentlichen konstanten Drehzahl gedreht wird und dabei die Messwerte erfasst und abgespeichert werden. Während der Erfassung muss also keine Drehrichtungsumkehr ausgeführt werden. Somit ist kein wiederholtes Bremsbeschleunigen und nachfolgendes Beschleunigen notwendig, weshalb die erfindungsgemäße Vermessung besonders schnell ausführbar ist.
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Zwar ist es vorteilhaft, wenn der Steuereinheit vor Beginn der Messung Sollwerte grundlegender Parameter, wie Zähnezahl, Teilkreisradius und/oder Modul, mitgeteilt werden, jedoch ist bei Falschangabe keine Kollision zu befürchten, da das Verzahnungsteil ohne Berührung des Sensors 5 verdrehbar ist.
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Bei dem Sensor ist vorteilig, dass er vor Ausführen der Messung, also zum Einstellen eines Referenzabstandes zwischen Sensor und Prüfling, aus großer Entfernung mit hoher Geschwindigkeit auf den Prüfling zu bewegbar ist. Dabei ist mittels des Sensors eine Kollisisonsdetektion ausführbar, so dass ein Abbremsen und/oder stoppen dieser Bewegung bei Detektion des Prüflings auslösbar ist. Wegen des großen Abstandes zwischen Sensor und Prüfling ist ein langer Bremsweg akzeptabel. Im Vergleich hierzu muss bei einem taktilen Sensor sehr langsam verfahren werden.
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Da bei dem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel das Verzahnungsteil gedreht wird und die Entfernung zum Sensor 5 in einer axialen Position oder Höhe des Verzahnungsteils vermessen wird, wird also als Ergebnis der Messung die Entfernung zu Punkten einer Oberflächenlinie bestimmt, die an einer einzigen axialen Position des Verzahnungsteils verläuft.
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Da auch andere axiale Positionen vermessbar sind, ist sogar eine topologische Messung der Zahnflanke ermöglicht, also der Oberflächenverlauf der Zahnflanke dreidimensional erfassbar.
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Der Sensor 5 ist vorzugsweise als Triangulationssensor ausgeführt.
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Mittels der diskreten Polarkoordinatendarstellung ist das Zahnweitenmaß der Verzahnung und das diametrale Zweikugelmaß mit hoher Genauigkeit bestimmbar. Hierzu werden zu je gegenüberliegenden (Flanken-)Messpunkten die Sekante bestimmt und senkrecht auf dieser die Mittelsenkrechte. Somit ist der Mittelpunkt einer gedachten Messkugel mit Radius R bestimmbar. Dabei werden nur diejenigen Mittelpunkte verwendet, die einen Abstand von genau R zu den Messpunkten der anderen Flanke der Verzahnung aufweisen. Von allen auf diese Weise bestimmten Mittelpunkten wird derjenige Messpunkt gewählt, der den größten Abstand zur Achse des Verzahnungsteils aufweist. Dieses Bestimmungsverfahren für die Bestimmung des Mittelpunktes der Kugel wird für jede Zahnlücke eine am Verzahnungsteil gegenüber liegende Zahnlücke wiederholt. Dadurch ergeben sich diametrale Zweikugelmaße für jedes Zahnlückenpaar. Somit ist von Vorteil, dass ein Verlauf des Prüfparameters am Umfang des Prüflings, also Verzahnungsteils, bestimmbar ist. Darüber hinaus sind auch minimal-, Maximal- und Mittelwerte bestimmbar, insbesondere in Umfangsrichtung.
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Ebenso ist die Zahnweite bestimmbar, indem zwei parallele Geraden auf Berührung jeweils zweier Zahnflanken gebracht werden, wobei die Zahnflanken um die Messzähnezahl voneinander beabstandet sind. Somit ist ebenso auch Zahnweite entsprechend der Zähnezahl erfassbar.
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In einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist der Sensor 5 als Laser-Wegmesssensor ausgeführt, bei dem ein Lichtstrahl, insbesondere ein Lichtstrahl einer Laserdiode, auf das Verzahnungsteil gerichtet wird und das Bild des vom Lichtstrahl auf der Oberfläche des Verzahnungsteils beleuchteten, im Wesentlichen fast punktförmigen Oberflächenbereichs abgebildet wird, insbesondere mittels einer Linse, auf einen CCD-Zeilensensor, der somit die Blickrichtung zum Oberflächenbereich bestimmbar ist. Aus den bekannten Entfernungen und dem Blickwinkel wird dann ein Maß für die Entfernung bestimmt und als Analogsignal an die Auswerteeinheit übermittelt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- elektromotorischer Antrieb, insbesondere Servomotor
- 2
- Winkelsensor
- 3
- Verzahnungsteil
- 4
- Aufnahme für Verzahnungsteil 3 und Winkelsensor 2
- 5
- Sensor, insbesondere nicht-taktiler Sensor
- a
- Messabstand
- b
- Messbereich
- c
- Referenzabstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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