DE102010055820A1 - Method for measuring of oversize of operating gear with rotational axis, involves providing gear tooth system with multiple teeth at outer or inner circumference of gear - Google Patents

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Abstract

The method involves providing a gear tooth system (4) with multiple teeth (5) at outer or inner circumference of a gear (2). A position of an upper surface of tooth flank (6) is determined by optical distance measurement through a distance sensor. The measurement of oversize is carried out by the distance sensor such that the gear is twisted around a rotational axis (3). The distance sensor is displaced in the direction of the rotational axis.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung des Aufmaßes eines hartfeinzubearbeitenden Zahnrads mit einer Drehachse, wobei das Zahnrad an seinem Außen- und/oder Innenumfang eine Verzahnung mit einer Anzahl Zähne aufweist, wobei die Zähne auf ihren Zahnflanken ein gegenüber der fertig bearbeiteten Geometrie vorhandenes Aufmaß aufweisen, wobei die Lage der Oberfläche der mit Aufmaß versehenen Zahnflanke mittels optischer Abstandsmessung von einem Abstandssensor ermittelt wird, indem ein Lichtstrahl vom Abstandssensor auf die Oberfläche gerichtet wird, und wobei der Lichtstrahl so auf die Oberfläche geleitet wird, dass er senkrecht auf der Drehachse steht oder parallel zu dieser Richtung ist.The invention relates to a method for measuring the allowance of a hartfeinzubearbeitenden gear with a rotation axis, wherein the gear on its outer and / or inner periphery has a toothing with a number of teeth, the teeth have on their tooth flanks a comparison with the finished geometry existing oversize wherein the position of the surface of the tooth flank provided with the measure is determined by optical distance measurement by a distance sensor by a light beam from the distance sensor is directed to the surface, and wherein the light beam is directed onto the surface so that it is perpendicular to the axis of rotation or parallel to this direction.

Ein Verfahren dieser Art ist aus der US 4 547 674 bekannt. Dort werden die Zahnflanken eines Zahnrades mittels eines Laser-Abstandssensor vermessen. Dabei ist vorgesehen, dass die Vermessung und Aufmaßbestimmung in einer Zahnlücke des Zahnrads diskontinuierlich durchgeführt wird, d. h. es wird Lücke für Lücke nacheinander vermessen.A method of this kind is known from US 4 547 674 known. There, the tooth flanks of a gear are measured by means of a laser distance sensor. It is provided that the measurement and oversize determination is carried out discontinuously in a tooth space of the toothed wheel, ie, gap by gap is measured successively.

Insbesondere bei der Herstellung von Zahnrädern kommt dem abschließenden Hartfeinbearbeitungsprozess eine wichtige Bedeutung zu. Bei diesem werden die Zahnflanken beispielsweise einer Schleifoperation unterzogen, mit der sie auf die genaue Kontur gebracht werden. Eine effiziente Verfahrensweise bei der Herstellung der Verzahnung ist das Wälzschleifen mit einer Schleifschnecke oder das Profilschleifen mit einer Profilschleifscheibe.Especially in the production of gears, the final hard finishing process is of major importance. In this example, the tooth flanks are subjected to a grinding operation, with which they are brought to the exact contour. An efficient procedure in the production of the toothing is generating grinding with a grinding worm or profile grinding with a profile grinding wheel.

Verzahnungen von Zahnrädern, die nach dem Harten einer solchen Hartfeinbearbeitung zu unterziehen sind, um die benötigte präzise Geometrie zu erlangen, haben nach dem Härten in der Regel einen Härteverzug. Dies führt bei entsprechender Größe des Härteverzugs insbesondere beim Hartfeinbearbeiten durch das diskontinuierliche Profilschleifen nach dem Einmitten der Profilschleifscheibe in die Zahnlücke zu einer Vielzahl von Schleifhüben ohne Kontakt zwischen Werkzeug und Werkstück. Will man diese Leerhübe vermeiden, muss die Aufmaßsituation in jeder Zahnlücke bekannt sein.Gears of gears which are to be subjected to such hard finishing after hardening in order to obtain the required precise geometry generally have a hardening delay after hardening. This results in a corresponding size of the hardening distortion especially during hard fine machining by the discontinuous profile grinding after centering the profile grinding wheel in the tooth gap to a plurality of grinding strokes without contact between the tool and the workpiece. If you want to avoid these empty strokes, the measurement situation in each tooth gap must be known.

Das gattungsgemäße optische Vermessen der Zahnflanken ermöglicht zwar bereits eine effizientere und schnellere Messung als beispielsweise die Vermessung der Aufmaßverteilung mittels mechanischen Messtastern.Although the generic optical measuring of the tooth flanks already allows a more efficient and faster measurement than, for example, the measurement of the oversize distribution by means of mechanical measuring probes.

Nachteilig ist allerdings, dass die Messzeiten nach wie vor noch relativ hoch sind. Demgemäß ergeben sich Nebenzeiten, die die Wirtschaftlichkeit des Hartfeinbearbeitungsverfahrens, insbesondere des Schleifverfahrens, reduzieren.The disadvantage, however, that the measurement times are still relatively high. Accordingly, there are non-productive times which reduce the economy of the hard finishing process, in particular the grinding process.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren zur Messung des Aufmaßes eines Zahnrades vorzuschlagen, mit dem die Aufmaßsituation noch schneller und dennoch hinreichend präzise ermittelt werden kann. Dabei ist ein weiterer Aspekt, der durch die Erfindung berücksichtigt werden soll, die Erzielung eines Messergebnisses, dass gegen mögliche Messfehler abgesichert ist.The invention is therefore based on the object to propose a generic method for measuring the allowance of a gear, with which the Aufmaßsituation can be determined even faster and yet sufficiently accurate. Another aspect that is to be considered by the invention is the achievement of a measurement result that is protected against possible measurement errors.

Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Messung des Aufmaßes mittels des Abstandssensors zumindest zeitweise so erfolgt, dass simultan das Zahnrad um die Drehachse gedreht und der Abstandssensor in Richtung der Drehachse translatorisch verschoben wird.The solution of this problem by the invention is characterized in that the measurement of the allowance by means of the distance sensor is at least temporarily so that simultaneously the gear is rotated about the axis of rotation and the distance sensor is translationally displaced in the direction of the axis of rotation.

Die translatorische Verschiebung erfolgt dabei bevorzugt mit konstanter Geschwindigkeit. Demgemäß überstreicht der Abstandssensor zumindest abschnittsweise die zu vermessende Verzahnung schrauben- bzw. wendelförmig.The translational displacement is preferably carried out at a constant speed. Accordingly, the distance sensor at least partially overscrew the teeth to be measured helically or helically.

Das Zahnrad wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens während der gesamten Aufmaßmessung kontinuierlich um die Drehachse gedreht.The gearwheel is continuously rotated about the axis of rotation during the entire measurement in accordance with a preferred embodiment of the method.

Der Abstandssensor kann dabei kontinuierlich translatorisch von einem axialen Ende der Verzahnung bis zum anderen axialen Ende der Verzahnung verschoben werden.The distance sensor can be moved continuously translationally from one axial end of the toothing to the other axial end of the toothing.

Es ist aber auch möglich, dass an mindestens einer axialen Position zwischen den beiden axialen Enden der Verzahnung die translatorische Verschiebung des Abstandssensors unterbrochen wird und eine Messung des Aufmaßes erfolgt, indem das Zahnrad kontinuierlich dreht und der Abstandssensor an einer axialen Position verharrt. Die Messung des Aufmaßes kann in diesem Falle erfolgen, bis sich das Zahnrad um 360° gedreht hat. Ferner ist gemäß einer Weiterbildung in diesem Falle vorgesehen, dass die Messung des Aufmaßes mit verharrendem Abstandssensor an einer Anzahl äquidistant voneinander beabstandeter axialer Positionen erfolgt.But it is also possible that at least one axial position between the two axial ends of the toothing, the translational displacement of the distance sensor is interrupted and a measurement of the oversize takes place by the gear continuously rotates and the distance sensor remains at an axial position. The measurement of the allowance can be made in this case, until the gear has rotated 360 °. Furthermore, according to a development in this case, it is provided that the measurement of the allowance with a remaining distance sensor remains at a number of equidistantly spaced-apart axial positions.

Der Abstandssensor ist vorzugsweise an einem Achsschlitten einer Verzahnungs-Hartfeinbearbeitungsmaschine angeordnet, wobei die Achse des Achsschlittens genutzt wird, um den Abstandssensor in definierter Weise zu verfahren. In diesem Falle kann vorteilhafter Weise auf eine separate Antriebsachse für den Abstandssensor verzichtet werden. Es ist also bevorzugt vorgesehen, dass keine separate Vorschubvorrichtung für den Abstandssensor eingesetzt wird, sondern dass der Messkopf an einem Schlitten bzw. an einem Ständer der Werkzeugmaschine platziert wird, um damit die Maschinenachsen zur Positionierung nutzen zu können.The distance sensor is preferably arranged on an axle slide of a gear hard finishing machine, wherein the axis of the axis slide is used to move the distance sensor in a defined manner. In this case, advantageously can be dispensed with a separate drive axle for the distance sensor. It is thus preferably provided that no separate feed device for the distance sensor is used, but that the measuring head on a carriage or on a stand of the Machine tool is placed in order to use the machine axes for positioning.

Die Zähne des Zahnrads sind bevorzugt auf einer außen- oder innenzylindrischen Fläche angeordnet.The teeth of the gear are preferably arranged on an outer or inner cylindrical surface.

Das Ermitteln eines stabilen Messergebnisses der Aufmaßmessung wird weiterbildungsgemäß dadurch begünstigt, dass die Messung der Lage der Oberfläche zunächst so erfolgt, dass der Lichtstrahl so ausgerichtet ist, dass er in einer Richtung liegt, die senkrecht auf der Drehachse steht, wobei ein vom Abstandssensor ermittelter Wert für die Lage der Oberfläche der Zahnflanke vor der Verwertung einer Plausibilitätsprüfung unterzogen wird, ob der Wert in einem erwarteten Wertebereich liegt, und wobei im Falle dessen, dass nicht plausible Messwerte vorliegen oder zu erwarten sind, die optische Abstandsmessung in einer Lage erfolgt, in der der Lichtstrahl um einen definierten Abstand parallel zur Richtung verschoben ist, die senkrecht auf der Drehachse steht (also parallel zu einer Mittenebene, die die Drehachse umfasst).The determination of a stable measurement result of the measurement measurement is fostered further development in that the measurement of the position of the surface initially takes place so that the light beam is oriented so that it lies in a direction which is perpendicular to the axis of rotation, wherein a value determined by the distance sensor for the position of the surface of the tooth flank is subjected to a plausibility check before the utilization, if the value lies in an expected range of values, and wherein in the case that implausible measured values are present or are to be expected, the optical distance measurement takes place in a position in which the light beam is displaced by a defined distance parallel to the direction perpendicular to the axis of rotation (ie parallel to a central plane comprising the axis of rotation).

Die Plausibilitätsprüfung erfolgt dabei insbesondere so, dass ein Messwert einem Vergleich mit einem gespeicherten Wertebereich unterzogen wird.The plausibility check is carried out in particular such that a measured value is subjected to a comparison with a stored value range.

Die zuletzt genannte Ausgestaltung des Verfahrens ist dann vorteilhaft, wenn unter gewissen Umständen die Messschärfe dadurch beeinträchtigt ist, dass der Messstrahl unter einem zu spitzen Winkel auf die Oberfläche der Zahnflanke auftrifft. Der Messwert kann im Rahmen der genannten Plausibilitätsprüfung verworfen werden, wenn er nicht innerhalb des Wertebereichs liegt. Es kann auch vorgesehen werden, dass ein nicht innerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs liegenden Messwert durch einen Messwert ersetzt wird, der sich aus Interpolation oder Extrapolation angrenzender Messwerte ergibt.The last-mentioned embodiment of the method is advantageous if, under certain circumstances, the measurement sharpness is impaired by the fact that the measuring beam impinges on the surface of the tooth flank at an acute angle. The measured value can be discarded within the scope of the aforementioned plausibility check if it is not within the value range. It can also be provided that a measured value not lying within a predetermined value range is replaced by a measured value resulting from interpolation or extrapolation of adjacent measured values.

Dabei werden erfindungsgemäß die beim schraubenlinienartigen Verfahren des Abstandssensors relativ zur Verzahnung gewonnenen Aufmaßdaten so umgerechnet, dass sich die Aufmaßsituation in jeder Zahnlücke ergibt.In this case, according to the invention, the oversize data obtained in the helical-type method of the distance sensor relative to the toothing is converted such that the measurement situation results in each tooth space.

Da naturbedingt durch die schraubenlinienartige Vermessung nicht die vollständigen Aufmaßdaten in einer Vielzahl von Ebenen senkrecht zur Drehachse vorliegen, macht die Erfindung von der Überlegung Gebrauch, dass aufgrund der Vorfertigungsprozesse (z. B. beim Wälzfräsen) eine hohe Wahrscheinlichkeit dafür besteht, dass sich die Aufmaßverteilung in einer Zahnlücke über die Breite der Verzahnung innerhalb gewisser Toleranzgrenzen kontinuierlich darstellt.Since, due to the helical measurement, the complete measurement data are not naturally present in a multitude of planes perpendicular to the axis of rotation, the invention makes use of the consideration that, due to the prefabrication processes (eg hobbing), there is a high probability that the oversize distribution in a tooth gap over the width of the teeth within certain tolerance limits continuously.

Wird also eine schraubenlinienartige Messung vorgenommen, wird quasi die Aufmaßverteilung einmal über den Umfang und einmal in Breitenrichtung der Verzahnung kombiniert aufgenommen und hierdurch auf die Aufmaßverteilung in allen Zahnlücken und über die gesamte Breite der Verzahnung geschlossen.Thus, if a helical measurement is made, the oversize distribution is virtually absorbed once over the circumference and once in the direction of the width of the toothing, thereby closing the distribution of allowances in all tooth gaps and over the entire width of the toothing.

Dabei wird vorzugsweise konkret so vorgegangen, dass die theoretische Lage der Zahnflanken entlang der Schraubenlinie berechnet und mit dem Sensor abgefahren wird. Der Sensor nimmt während der schraubenlinienförmigen relativen Verfahrbewegung die tatsächlichen Lagedaten der Zahnflanken auf. Dann erfolgt ein Vergleich der gemessenen Werte der Zahnflanken mit den theoretischen Werten.In this case, the procedure is preferably concretely such that the theoretical position of the tooth flanks is calculated along the helix and traversed with the sensor. The sensor records the actual position data of the tooth flanks during the helical relative movement. Then the measured values of the tooth flanks are compared with the theoretical values.

Es hat sich überraschend herausgestellt, dass diese Aufmaßermittlung trotz Verzichts auf eine Vielzahl von Messwerten ein sehr praxistaugliches Bild liefert und den großen Vorteil bietet, dass die Aufmaßermittlung in sehr kurzer Zeit erfolgen kann.Surprisingly, it has been found that despite the omission of a large number of measured values, this measurement of the excess provides a very practicable image and offers the great advantage that the measurement of the excess can take place in a very short time.

Der Lichtstrahl ist bevorzugt ein Laserstrahl. Die optische Abstandsmessung erfolgt dabei bevorzugt nach dem Triangulationsverfahren.The light beam is preferably a laser beam. The optical distance measurement is preferably carried out according to the triangulation method.

Das genannte Verfahren wird dabei insbesondere vor der Durchführung einer Verzahnungsschleifoperation, insbesondere vor der Durchführung einer diskontinuierlichen Profilschleifoperation, durchgeführt.In particular, the said method is carried out before a gear grinding operation is carried out, in particular before a discontinuous profile grinding operation is carried out.

Bei optischen Systemen, bei denen das reflektierte Licht ausgewertet wird, ergibt sich das Problem, dass die Qualität des Messsignals vom Winkel der reflektierten Fläche abhängig ist, unter dem das Messsignal auf die zu vermessende Oberfläche auftrifft. Bei Verzahnungen wird der Auftreffwinkel zum Fuß hin immer spitzer. Ab einem bestimmten Grenzwinkel ist keine ausreichend genaue Messung mehr möglich. Zur Lösung dieses Problems wird die oben erläuterte Plausibilitätskontrolle vorgeschlagen.In optical systems in which the reflected light is evaluated, there is the problem that the quality of the measurement signal depends on the angle of the reflected surface at which the measurement signal impinges on the surface to be measured. With gears, the angle of incidence towards the foot becomes sharper. From a certain critical angle, a sufficiently accurate measurement is no longer possible. To solve this problem, the above-explained plausibility check is proposed.

Als Ergebnis ergibt sich eine Information über die Aufmaßsituation in jeder Zahnlücke. Nicht plausible Werte werden verworfen oder durch interpolierte bzw. extrapolierte Werte ersetzt.The result is information about the measurement situation in each tooth gap. Unplausible values are discarded or replaced by interpolated or extrapolated values.

Eine andere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass sich das optische Messsystem (Abstandssensor) in einer Position tangential verschoben zur Mittenachse des Zahnrades befindet. Je nach tangentialer Verschiebung (positiv oder negativ) kann jeweils eine Flanke des Zahnrades mit verbesserten Messwinkeln gemessen werden.Another preferred embodiment of the invention provides that the optical measuring system (distance sensor) is tangentially displaced in a position to the center axis of the gear. Depending on the tangential displacement (positive or negative), one flank of the gear can be measured with improved measuring angles.

Allerdings kann es auch hier zum Messen im Grenzbereich kommen und somit zu nicht verwertbaren Messungen, so dass dann die oben erläuterte Methode der Plausibilitätsprüfung eingesetzt werden kann.However, it can also come here for measuring in the limit range and thus to non-usable measurements, so that then explained above Method of plausibility check can be used.

Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung ist also, dass die Aufmaßmessung bei sich kontinuierlich drehendem Zahnrad erfolgt.An essential aspect of the present invention is thus that the measurement of the dimensions takes place with the gear rotating continuously.

Für das Messen einer Schrägverzahnung ist es besonders vorteilhaft, den Abstandssensor (Messkopf) so anzuordnen, dass die Ebene, die aus Primär- und reflektiertem Strahl gebildet wird, dem Schrägungswinkel der Verzahnung entspricht.For measuring a helical gearing, it is particularly advantageous to arrange the distance sensor (measuring head) such that the plane formed by primary and reflected beam corresponds to the helix angle of the gearing.

Der einfachste Fall einer Vermessung des Aufmaßes einer Verzahnung erfolgt in effizienter Weise durch eine kontinuierliche Drehung des Zahnrades und Vermessung des Aufmaßes in parallel zueinander verlaufenden Ebenen, die parallel zur Stirnfläche sind. Die zu vermessenden Ebenen werden nacheinander nach entsprechendem axialen Weiterfahren des Abstandssensors vermessen. Aus den vermessenen Ebenen kann dann die Geometrie des Aufmaßes der gesamten Verzahnung errechnet und dargestellt werden. Dabei ist es vorteilhaft, wenn nicht interessierende Bereiche, wie z. B. der Verzahnungskopf bzw. -fuß, in geeigneter Weise aus den Messwerten eliminiert werden.The simplest case of measuring the girth of a gearing is done in an efficient manner by a continuous rotation of the gear and measurement of the allowance in mutually parallel planes which are parallel to the end face. The planes to be measured are measured successively after a corresponding axial movement of the distance sensor. From the measured planes, the geometry of the oversize of the entire toothing can then be calculated and displayed. It is advantageous if non-interest areas such. B. the toothed head or foot can be eliminated in a suitable manner from the measured values.

Eine Alternative hierzu sieht vor, dass während des axialen Verschiebens, d. h. während der Verschiebung des Abstandssensors in die nächste Ebene, die kontinuierliche Drehung des Zahnrads nicht angehalten wird. Die Messung in der neuen Ebene erfolgt dann, nachdem sich das Zahnrad um einen definierten Drehwinkel verdreht hat. Dies wird dann bei der Errechnung der Geometrie der Aufmaßdaten der Verzahnung entsprechend mit berücksichtigt.An alternative to this is that during the axial displacement, d. H. during the displacement of the distance sensor to the next level, the continuous rotation of the gear is not stopped. The measurement in the new plane takes place after the gearwheel has rotated by a defined angle of rotation. This is then taken into account in the calculation of the geometry of the Aufmaßdaten the teeth accordingly.

Bevorzugt ist indes die Lösung, nach der keine Ebenen (mit axial verharrendem Abstandssensor) mehr gemessen werden, sondern aus der kontinuierlichen Drehung und einer gleichzeitigen kontinuierlichen Axialbewegung eine spiralförmige Messung vorgenommen wird. Danach erfolgt wieder eine Berechnung der Geometrie der Aufmaßverteilung der Verzahnung.However, preference is given to the solution according to which no planes are measured (with axially persistent distance sensor) more, but from the continuous rotation and a simultaneous continuous axial movement a helical measurement is made. Thereafter, again, a calculation of the geometry of the Aufmaßverteilung the teeth.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:In the drawing, an embodiment of the invention is shown. Show it:

1 schematisch die Draufsicht auf ein hinsichtlich des Aufmaßes zu vermessendes Zahnrad sowie einen Abstandssensor zur Vermessung des Aufmaßes, 1 1 is a schematic plan view of a gear to be measured with regard to the oversize and a distance sensor for measuring the oversize;

2 in vergrößerter Darstellung zwei benachbarte Zähne des Zahnrads und das sich auf den Zahnflanken befindliche Aufmaß, 2 in an enlarged view, two adjacent teeth of the gear and located on the tooth flanks allowance,

3 in der Darstellung nach 1 eine hierzu alternative Ausgestaltung und 3 in the illustration 1 an alternative embodiment and

4 schematisch in perspektivischer Darstellung das zu vermessende Zahnrad, wobei der Weg skizziert ist, den der Abstandssensor relativ zum Zahnrad zurücklegt. 4 schematically in perspective view of the gear to be measured, wherein the path is outlined, the distance sensor travels relative to the gear.

In den 1 bis 3 ist zunächst das vorliegende Prinzip zur Messung des Aufmaßes bei einem Zahnrad erläutert.In the 1 to 3 First, the present principle for measuring the allowance in a gear is explained.

In 1 ist schematisch ein Zahnrad 2 skizziert, das auf einer (nicht dargestellten) Werkstückspindel aufgenommen ist, deren Achse senkrecht auf der Zeichenebene steht. Diese Achse ist als Drehachse 3 markiert. Am Außenumfang des Zahnrades ist eine Außenverzahnung 4 angeordnet. Demgemäß hat das Zahnrad 2 eine Anzahl Zähne 5, die jeweilige Zahnflanken 6 aufweisen. In die Lücke, die zwei benachbarte Zahnflanken 6 bilden, taucht beim Profilschleifen in bekannter Weise eine entsprechend profilierte Schleifscheibe ein. Wie anhand der Detaildarstellung in 2 gesehen werden kann, weisen die Zahnflanken 6 ein Schleifaufmaß 1 auf, das nach dem Härten des Zahnrades 2 abgeschliffen werden muss, um die fertig bearbeitete Geometrie 7 der Zahnflanke 6 zu erhalten.In 1 is schematically a gear 2 sketched on a (not shown) workpiece spindle is taken, whose axis is perpendicular to the plane of the drawing. This axis is as a rotation axis 3 marked. On the outer circumference of the gear is an external toothing 4 arranged. Accordingly, the gear has 2 a number of teeth 5 , the respective tooth flanks 6 exhibit. In the gap, the two adjacent tooth flanks 6 form, immersed in the profile grinding in a known manner a correspondingly profiled grinding wheel. As with the detailed representation in 2 can be seen, have the tooth flanks 6 a grinding allowance 1 on, after curing the gear 2 must be ground to the finished geometry 7 the tooth flank 6 to obtain.

In den Figuren ist vereinfacht die Situation bei der Vermessung eines geradverzahnten Stirnrads gezeigt. Analoges gilt bei schrägverzahnten bzw. innenverzahnten Zahnrädern.In the figures, the situation is simplified in the measurement of a spur gear spur shown. The same applies to helical or internally toothed gears.

Die Kenntnis der Aufmaßsituation, d. h. die Größe des vorliegenden Aufmaßes an jeder Zahnflanke 6 über der Zahnhöhe, ist dabei wesentlich dafür, um das Zahnrad 2 relativ zur Schleifscheibe optimal einmitten zu können. Ferner kann nur dadurch der optimale Schleifzyklus definiert werden, d. h. ein Schleifen, das mit minimalen Leerhüben ohne Spanabtrag auskommt.The knowledge of the measurement situation, ie the size of the existing allowance on each tooth flank 6 above the tooth height, is essential to the gear 2 optimally centered relative to the grinding wheel. Furthermore, only by the optimal grinding cycle can be defined, ie a grinding that manages with minimal idle strokes without chip removal.

Demgemäß wird vorliegend in der nachfolgend beschriebenen Weise das Aufmaß 1 an den Zahnflanken 6 vor dem Schleifen ermittelt:
Die Aufmaßmessung erfolgt mittels eines Abstandssensors 9, der einen Lichtstrahl 10 aussendet. Aus der Analyse des reflektierten Lichts kann der Abstand zwischen Abstandssensor 9 und dem Punkt der Oberfläche 8 der Zahnflanke 6 ermittelt werden, der aktuell vermessen wird (s. 2). Der Lichtstrahl 10 ist dabei so ausgerichtet, dass er in einer Richtung N liegt, die senkrecht auf der Drehachse 3 steht. D. h. der Lichtstrahl 10 liegt in der Mittenebene des Zahnrades 2, die auch die Drehachse 3 umfasst.
Accordingly, in the present case in the manner described below, the allowance 1 on the tooth flanks 6 determined before grinding:
The oversize measurement is carried out by means of a distance sensor 9 , a ray of light 10 sending out. From the analysis of the reflected light, the distance between the distance sensor 9 and the point of the surface 8th the tooth flank 6 be determined, which is currently measured (s. 2 ). The light beam 10 is oriented so that it lies in a direction N, which is perpendicular to the axis of rotation 3 stands. Ie. the beam of light 10 lies in the middle plane of the gear 2 that is also the axis of rotation 3 includes.

Wird das Zahnrad 2 um die Drehachse 3 um einen Drehwinkel Φ gedreht, kann folglich die Zahnflanke 6 über der Zahnhöhe abgefahren und das jeweilige Aufmaß gemessen werden.Will the gear 2 around the axis of rotation 3 rotated by a rotation angle Φ, therefore, the tooth flank 6 Traversed over the tooth height and the respective allowance are measured.

Trifft der Messstrahl 10 senkrecht auf eine Oberfläche auf, ist die Messung optimal. Indes kann es problematisch werden, wenn der Messstrahl 10 unter einem zu kleinen Winkel α auf die Oberfläche 8 auftritt (s. 2). In diesem Falle wird die Messunsicherheit erhöht, bis schließlich gar keine Messung mehr möglich ist (Winkel α gegen Null Grad).Meets the measuring beam 10 perpendicular to a surface, the measurement is optimal. However, it can be problematic if the measuring beam 10 at too small an angle α on the surface 8th occurs (s. 2 ). In this case, the measurement uncertainty is increased until finally no measurement is possible (angle α to zero degrees).

Um dieses Problem zu eliminieren, kann folgendes vorgesehen werden: Zum einen ist eine Plausibilitätsprüfung vorgesehen, die in 1 angedeutet ist. Hierfür ist ein Speichermittel 12 vorhanden, in dem für ein konkretes Zahnrad 2 für jeden Drehwinkel (ein Sollwert WSoll samt Toleranzband gespeichert ist. Demgemäß gibt der Sollwert WSoll an, in welchem Wertebereich ein Aufmaßwert liegen kann, der für einen Winkel Φ gemessen wird. Der Sollwert WSoll wird einem Vergleicher 13 zugeführt. Dieser erhält neben dem Sollwert WSoll auch den vom Abstandssensor 9 aktuell gemessenen Messwert Wist. Im Vergleicher 13 erfolgt ein Vergleich, ob der aktuelle Messwert WIst innerhalb des Wertebereichs liegt, der durch den Sollwert samt Toleranzband WSoll vorgegeben ist. Ist dies der Fall, wird der Messwert als geprüfter Wert WG ausgegeben und als Aufmaßwert für die betreffende Flankenposition weiter- bzw. ausgegeben.In order to eliminate this problem, the following can be provided: On the one hand, a plausibility check is provided, which in 1 is indicated. For this is a storage means 12 present in which for a concrete gear 2 (for each rotation angle of a target value W Set is stored together with the tolerance band. Thus is the target value W set on in which value range Aufmaßwert may be measured for an angle Φ. The target value W target is a comparator 13 fed. This receives next to the setpoint W setpoint also the distance sensor 9 currently measured value W is . In the comparator 13 a comparison is made as to whether the current measured value W ist lies within the value range which is predetermined by the setpoint value together with the tolerance band W setpoint . If this is the case, the measured value is output as a checked value W G and passed on or output as the oversize value for the relevant edge position.

Liegt der Messwert WIst indes nicht im Bereich des Toleranzbandes gemäß dem Wert WSoll, ist davon auszugehen, dass es aufgrund der oben beschriebenen Messunschärfe zu einer Fehlmessung gekommen ist. Demgemäß ist der Messwert Wist nicht brauchbar.If the measured value W is not within the range of the tolerance band according to the value W setpoint , it can be assumed that a faulty measurement has occurred due to the above-described measurement uncertainty. Accordingly, the measured value W is not useful.

In diesem Falle stehen zwei Möglichkeiten zur Verfügung: Zum einen kann der Messwert als nicht ordnungsgemäß verworfen und eine entsprechende Lücke im Verlauf des Aufmaßes über der Zahnhöhe belassen werden. Zum anderen ist es aber auch möglich, den Messwert zu verwerfen und durch einen Wert zu ersetzen, der sich aus der Interpolation zwischen benachbarten Werten ergibt oder der sich aus der Extrapolation aus bereits gemessenen und für gut befundenen Messwerten ergibt.In this case, two options are available: First, the measured value can be rejected as improperly and a corresponding gap left over the tooth height in the course of the oversize. On the other hand, it is also possible to reject the measured value and replace it by a value which results from the interpolation between adjacent values or which results from the extrapolation from measured values that have already been measured and found to be good.

Es besteht allerding noch eine andere Möglichkeit, im genannten Falle – d. h. wenn die vermessene Stelle einen zu kleinen Winkel α zum Lichtstrahl 10 aufweist – zu brauchbaren Messwerten zu gelangen.There is indeed still another possibility, in the case mentioned - ie if the measured spot too small angle α to the light beam 10 - to arrive at useful readings.

Dies ist in 3 skizziert. Hiernach kann der Abstandssensor 9 auf einer Linearführung 11 in eine Verschieberichtung T verschoben werden, die senkrecht auf der Richtung N steht; demgemäß wird der Abstandssensor 9 so verschoben, dass der Lichtstrahl 10 in einer Richtung P parallel zur Richtung N strahlt. Der Verschiebeweg des Abstandssensors 9 aus der Mittenebene des Zahnrads 2 ist mit a bezeichnet. Wie anhand 3 gesehen werden kann, ist damit der Winkel α', unter dem der Lichtstrahl 10 auf die Oberfläche 8 der Zahnflanke 6 auftrifft, deutlich größer, so dass eine brauchbare Messung erfolgen kann.This is in 3 outlined. After that, the distance sensor 9 on a linear guide 11 be moved in a direction of displacement T, which is perpendicular to the direction N; accordingly, the distance sensor becomes 9 so shifted that the light beam 10 in a direction P parallel to the direction N radiates. The displacement of the distance sensor 9 from the middle plane of the gear 2 is denoted by a. As based on 3 can be seen, so that is the angle α ', below which the light beam 10 on the surface 8th the tooth flank 6 impinges, significantly larger, so that a useful measurement can be made.

In Kenntnis dessen, dass grundsätzlich ab einem gewissen Flankenwinkel die genannte Problematik der Messunschärfe auftritt, kann auch ohne Durchführung der oben erläuterten Plausibilitätskontrolle ab einer gewissen Steilheit der Flanke die Messung in der verschobenen Stellung erfolgen. Dies kann natürlich beiderseits der Mittenebene des Zahnrads 2 erfolgen, was durch den gestrichelt in 3 eingezeichneten Abstandssensor 9 angedeutet ist. Während die mit ausgezogenen Linien eingezeichnete Stellung des Abstandssensors 9 für die in 3 rechten Zahnflanken 6 eingesetzt wird, kommt die mit gestrichelten Linie eingezeichnete Stellung für die Messung der linken Zahnflanken in Frage.In view of the fact that the above-mentioned problems of measurement uncertainty generally occur at a certain flank angle, the measurement can be carried out in the shifted position even without carrying out the above-explained plausibility check above a certain slope of the flank. This can of course be either side of the center plane of the gear 2 done by the dashed in 3 drawn distance sensor 9 is indicated. While the position of the distance sensor drawn with solid lines 9 for the in 3 right tooth flanks 6 is used, the drawn in dashed line position for the measurement of the left tooth flanks in question.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Prinzip geht aus 4 hervor:
Hier ist zunächst das Vorgehen beschrieben, wie es typischerweise für ein schmales, geradverzahntes Zahnrad benutzt wird.
The inventively proposed principle goes out 4 out:
Here, the procedure is first described, as it is typically used for a narrow, spur gear.

Hier ist vorgesehen, dass die Messung des Aufmaßes 1 mittels des Abstandssensors 9 so erfolgt, dass simultan das Zahnrad 2 um die Drehachse 3 gedreht und der Abstandssensor 9 in Richtung der Drehachse translatorisch verschoben wird.Here it is provided that the measurement of the allowance 1 by means of the distance sensor 9 so happens that simultaneously the gear 2 around the axis of rotation 3 rotated and the distance sensor 9 is moved translationally in the direction of the axis of rotation.

Demgemäß beschreibt der Abstandssensor 9 relativ zum Zahnrad die dargestellte schraubenlinienförmige bzw. wendelförmige Bahn. Die Messwerte werden kontinuierlich erhoben. Der Messvorgang startet, wenn sich der Abstandssensor 9 am einen axialen Ende 14 der Verzahnung 4 befindet. Durch den translatorischen Vorschub verfahrt der Abstandssensor 9 zum anderen axialen Ende 15, während sich gleichzeitig das Zahnrad 2 dreht.Accordingly, the distance sensor describes 9 relative to the gear shown helical or helical path. The measured values are continuously collected. The measuring process starts when the distance sensor 9 at one axial end 14 the gearing 4 located. Due to the translatory feed, the distance sensor moves 9 to the other axial end 15 while at the same time the gear 2 rotates.

Die Drehbewegung ist dabei im Ausführungsbeispiel (für ein schmales, geradverzahntes Zahnrad) so abgestimmt, dass sich das Zahnrad gerade um 360° um die Drehachse 3 gedreht hat, wenn der Abstandssensor 9 das axiale Ende 15 erreicht.The rotational movement is in the embodiment (for a narrow, spur gear) so tuned that the gear just 360 ° about the axis of rotation 3 has turned when the distance sensor 9 the axial end 15 reached.

Die Messung der Aufmaßwerte erfolgt also beginnend in einer ersten Ebene E1, die in Höhe des ersten axialen Endes 14 liegt und senkrecht auf der Drehachse 3 steht; die Messung endet in einer zweiten Ebene E2, die in Höhe des zweiten axialen Endes 15 liegt und ebenfalls senkrecht auf der Drehachse 3 steht.The measurement of the oversize values thus takes place starting in a first plane E 1 , which is at the level of the first axial end 14 lies and perpendicular to the axis of rotation 3 stands; the measurement ends in a second plane E 2 , which is equal to the second axial end 15 lies and also perpendicular to the axis of rotation 3 stands.

Um eine verbesserte Datenerfassung zu erreichen und insbesondere auch breitere, schrägverzahnte Zahnräder optimal zu vermessen, erfolgt die Messung vorzugsweise über mehrere Umdrehungen. Die bevorzugt durchgeführte Drehung ist dabei n mal 360° (n als ganze Zahl) zuzüglich des Winkels, der sich durch die Steigung des schrägverzahnten Zahnrads ergibt. In order to achieve improved data acquisition and in particular to optimally measure wider, helical gears, the measurement is preferably carried out over several revolutions. The preferably performed rotation is n times 360 ° (n as an integer) plus the angle that results from the pitch of the helical gear.

Die permanent gemessenen Ausmaßwerte, die wie oben erläutert erhoben werden, können nun in Kenntnis der Drehbewegung und der translatorischen Verfahrbewegung so umgerechnet werden, dass sich das Aufmaß in den einzelnen Zahnlücken ergibt.The permanently measured extent values, which are ascertained as explained above, can now be converted in knowledge of the rotational movement and the translatory movement movement in such a way that the allowance in the individual tooth gaps results.

Eine Variation des Messverfahrens sieht vor, an mindestens einer axialen Position zwischen den beiden axialen Enden 14, 15, also in einer dritten, nicht eingezeichneten Ebene, die translatorische Verschiebung des Abstandssensors 9 zu unterbrechen und hier eine Messung des Aufmaßes 1 vorzunehmen, indem das Zahnrad 2 kontinuierlich dreht und der Abstandssensor 9 an der genannten axialen (Zwischen-)Position verharrt.A variation of the measuring method provides at least one axial position between the two axial ends 14 . 15 , So in a third, not drawn plane, the translational displacement of the distance sensor 9 to interrupt and here a measurement of the oversize 1 make by the gear 2 continuously turns and the distance sensor 9 remains at said axial (intermediate) position.

Hierbei kann die Messung des Aufmaßes 1 erfolgen, bis sich das Zahnrad 2 einmal um sich selbst, also um 360°, gedreht hat.Here, the measurement of the oversize 1 done until the gear 2 once rotated around itself, ie 360 °.

Dieses Verfahren kann für mehrere Zwischen-Ebenen wiederholt werden.This procedure can be repeated for several intermediate levels.

Da über die Maschinenachsen sowohl die Drehung um die Drehachse 3 als auch die translatorische Verschiebung des Abstandssensors bekannt ist, kann wiederum die Aufmaßverteilung berechnet und dargestellt werden.Because of the machine axes both the rotation about the axis of rotation 3 as well as the translational displacement of the distance sensor is known, in turn, the Aufmaßverteilung can be calculated and displayed.

Die genannten Zwischenebenen können gleichmäßig beabstandet zwischen erstem und zweitem axialen Ende 14, 15 eingezogen werden.The said intermediate planes can be uniformly spaced between the first and second axial ends 14 . 15 be confiscated.

Die genannte Messung mittels des optisch arbeitenden Abstandssensors 9 ist als solche aus verschiedenen Bereichen der Technik bekannt. Einzelheiten hierzu sind in der DE 10 2009 036 776 A1 beschrieben; hierauf wird Bezug genommen.Said measurement by means of the optically operating distance sensor 9 is known as such from various fields of technology. Details are in the DE 10 2009 036 776 A1 described; reference is made to this.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Aufmaßoversize
22
Zahnradgear
33
Drehachseaxis of rotation
44
Verzahnunggearing
55
Zahntooth
66
Zahnflanketooth flank
77
fertig bearbeitete Geometriefinished geometry
88th
Oberflächesurface
99
Abstandssensordistance sensor
1010
Lichtstrahlbeam of light
1111
Linearführunglinear guide
1212
Speichermittelstorage means
1313
Vergleichercomparator
1414
axiales Endeaxial end
1515
axiales Endeaxial end
NN
Richtung senkrecht auf der DrehachseDirection perpendicular to the axis of rotation
PP
Richtung parallel zur Richtung NDirection parallel to the direction N
TT
Verschieberichtungdisplacement direction
aa
Abstanddistance
E1 E 1
Ebene 1level 1
E2 E 2
Ebene 2Level 2
ΦΦ
Drehwinkelangle of rotation
α, α'α, α '
Winkelangle
WSoll W target
Sollwert samt ToleranzbandReference value including tolerance band
WIst W is
Messwertreading
WG W G
geprüfter Wertverified value

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 4547674 [0002] US 4547674 [0002]
  • DE 102009036776 A1 [0064] DE 102009036776 A1 [0064]

Claims (10)

Verfahren zur Messung des Aufmaßes (1) eines hartfeinzubearbeitenden Zahnrads (2) mit einer Drehachse (3), wobei das Zahnrad (2) an seinem Außen- und/oder Innenumfang eine Verzahnung (4) mit einer Anzahl Zähne (5) aufweist, wobei die Zähne (5) auf ihren Zahnflanken (6) ein gegenüber der fertig bearbeiteten Geometrie (7) vorhandenes Aufmaß (1) aufweisen, wobei die Lage der Oberfläche (8) der mit Aufmaß (1) versehenen Zahnflanke (6) mittels optischer Abstandsmessung von einem Abstandssensor (9) ermittelt wird, indem ein Lichtstrahl (10) vom Abstandssensor (9) auf die Oberfläche (8) gerichtet wird, und wobei der Lichtstrahl (10) so auf die Oberfläche (8) geleitet wird, dass er senkrecht auf der Drehachse (3) steht (N) oder parallel zu dieser Richtung ist (P), dadurch gekennzeichnet, dass die Messung des Aufmaßes (1) mittels des Abstandssensors (9) zumindest zeitweise so erfolgt, dass simultan das Zahnrad (2) um die Drehachse (3) gedreht und der Abstandssensor (9) in Richtung der Drehachse (3) translatorisch verschoben wird.Method for measuring the oversize ( 1 ) of a hard-to-machine gear ( 2 ) with a rotation axis ( 3 ), wherein the gear ( 2 ) on its outer and / or inner circumference a toothing ( 4 ) with a number of teeth ( 5 ), wherein the teeth ( 5 ) on their tooth flanks ( 6 ) one compared to the finished geometry ( 7 ) existing allowance ( 1 ), wherein the position of the surface ( 8th ) with oversize ( 1 ) provided tooth flank ( 6 ) by means of optical distance measurement from a distance sensor ( 9 ) is determined by a light beam ( 10 ) from the distance sensor ( 9 ) on the surface ( 8th ), and wherein the light beam ( 10 ) so on the surface ( 8th ), that it is perpendicular to the axis of rotation ( 3 ) (N) or parallel to this direction is (P), characterized in that the measurement of the oversize ( 1 ) by means of the distance sensor ( 9 ) at least temporarily so that simultaneously the gear ( 2 ) about the axis of rotation ( 3 ) and the distance sensor ( 9 ) in the direction of the axis of rotation ( 3 ) is translated translationally. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad (2) während der gesamten Aufmaßmessung kontinuierlich um die Drehachse (3) gedreht wird.Method according to claim 1, characterized in that the gear ( 2 ) continuously around the axis of rotation during the entire measurement ( 3 ) is rotated. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandssensor (9) kontinuierlich translatorisch von einem axialen Ende (14) der Verzahnung (4) bis zum anderen axialen Ende (15) der Verzahnung (4) verschoben wird.Method according to claim 2, characterized in that the distance sensor ( 9 ) continuously translationally from an axial end ( 14 ) of the gearing ( 4 ) to the other axial end ( 15 ) of the gearing ( 4 ) is moved. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einer axialen Position zwischen den beiden axialen Enden (14, 15) der Verzahnung (4) die translatorische Verschiebung des Abstandssensors (9) unterbrochen wird und eine Messung des Aufmaßes (1) erfolgt, indem das Zahnrad (2) kontinuierlich dreht und der Abstandssensor (9) an einer axialen Position verharrt.A method according to claim 2, characterized in that at least one axial position between the two axial ends ( 14 . 15 ) of the gearing ( 4 ) the translational displacement of the distance sensor ( 9 ) and a measurement of the oversize ( 1 ) takes place by the gear ( 2 ) continuously rotates and the distance sensor ( 9 ) remains at an axial position. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung des Aufmaßes (1) erfolgt, bis sich das Zahnrad (2) um 360° gedreht hat.Method according to claim 4, characterized in that the measurement of the oversize ( 1 ) takes place until the gear ( 2 ) has rotated 360 °. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung des Aufmaßes (1) mit verharrendem Abstandssensor (9) an einer Anzahl äquidistant voneinander beabstandeter axialer Positionen erfolgt.Method according to claim 4 or 5, characterized in that the measurement of the oversize ( 1 ) with persisting distance sensor ( 9 ) takes place at a number of equidistantly spaced axial positions. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandssensor (9) an einem Achsschlitten einer Verzahnungs-Hartfeinbearbeitungsmaschine angeordnet ist, wobei die Achse des Achsschlittens genutzt wird, um den Abstandssensor (9) in definierter Weise zu verfahren.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the distance sensor ( 9 ) is arranged on an axle slide of a gear hard-finishing machine, wherein the axis of the axle slide is used to move the distance sensor ( 9 ) to proceed in a defined manner. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (5) des Zahnrads (2) auf einer zylindrischen Fläche angeordnet sind.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the teeth ( 5 ) of the gear ( 2 ) are arranged on a cylindrical surface. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Lage der Oberfläche (8) zunächst so erfolgt, dass der Lichtstrahl (10) so ausgerichtet ist, dass er in einer Richtung (N) liegt, die senkrecht auf der Drehachse (3) steht, wobei ein vom Abstandssensor (9) ermittelter Wert für die Lage der Oberfläche (8) der Zahnflanke (6) vor der Verwertung einer Plausibilitätsprüfung unterzogen wird, ob der Wert in einem erwarteten Wertebereich liegt, und wobei im Falle dessen, dass nicht plausible Messwerte vorliegen oder zu erwarten sind, die optische Abstandsmessung in einer Lage erfolgt, in der der Lichtstrahl (10) um einen definierten Abstand (a) parallel zur Richtung (N) verschoben ist, die senkrecht auf der Drehachse (3) steht.Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the measurement of the position of the surface ( 8th ) first takes place so that the light beam ( 10 ) is oriented so that it lies in a direction (N) perpendicular to the axis of rotation ( 3 ), one of the distance sensor ( 9 ) determined value for the position of the surface ( 8th ) of the tooth flank ( 6 ) is subjected to a plausibility check prior to utilization, whether the value lies in an expected range of values, and wherein in the event that non-plausible measured values are present or are to be expected, the optical distance measurement takes place in a position in which the light beam ( 10 ) is displaced by a defined distance (a) parallel to the direction (N) perpendicular to the axis of rotation ( 3 ) stands. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Plausibilitätsprüfung erfolgt, indem ein Messwert einem Vergleich mit einem gespeicherten Wertebereich unterzogen wird.Method according to Claim 9, characterized in that the plausibility check is carried out by subjecting a measured value to a comparison with a stored value range.
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