DE102016008631A1

DE102016008631A1 - Oberflächenprüfsystem für rotationssymmetrische Prüfteile mit verzahnter Oberflächenstruktur

Info

Publication number: DE102016008631A1
Application number: DE102016008631.9A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dietel; Martin Gube; Colin Landgraf; Catrin Urbanneck
Original assignee: GPP CHEMNITZ GES fur PROZESSRECHNERPROGRAMMIERUNG MBH; Gpp Chemnitz Gesellschaft fur Prozessrechnerprogrammierung Mbh
Current assignee: GPP CHEMNITZ GES fur PROZESSRECHNERPROGRAMMIERUNG MBH; Gpp Chemnitz Gesellschaft fur Prozessrechnerprogrammierung Mbh
Priority date: 2016-07-14
Filing date: 2016-07-14
Publication date: 2018-01-18
Anticipated expiration: 2036-07-15
Also published as: DE102016008631B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Oberflächenprüfsystem für rotationssymmetrische Prüfteile mit verzahnter Oberflächenstruktur, insbesondere zur Prüfung und Qualitätskontrolle von Oberflächen von Wälzfräsern. Aufgabe der Erfindung ist es, ein derartiges Prüfsystem zu schaffen, mit dem eine Qualitätskontrolle unterschiedlichster Prüfteilformen und Prüfteillängen möglich ist. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Prüfteil (1) auf einem Drehantrieb (7) angeordnet und durch eine höhenverstellbare Feststelleinheit (2) auf dem Drehantrieb (7) fixiert ist, wobei gegenüber der Feststelleinheit (2) auf einer Linearachse (4) ein axial verschiebbarer 3D-Sensor (3) derart angeordnet ist, dass er die gesamte Länge des Prüfteiles (1) abtasten kann, und dass versetzt zur Anordnung Feststelleinheit (2) – Prüfteil (1) – Linearachse (4) ein XY-Verstellsystem (5) mit einem Kamerasystem (6) und einer Beleuchtung (8) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Oberflächenprüfsystem für rotationssymmetrische Prüfteile mit verzahnter Oberflächenstruktur, insbesondere zur Prüfung und Qualitätskontrolle von Oberflächen von Wälzfräsern.
Wälzfräser sind Bearbeitungswerkzeuge, die einem Verschleiß unterlegen sind. Deshalb werden diese meist zyklisch nachgeschliffen bzw. geschärft. Danach werden diese mit einer sehr harten Verschleißschicht versehen. Dieser Prozess der zyklischen Beschichtung der Wälzfräser wird bisher nicht automatisch kontrolliert. Dies erfolgt bisher manuell-visuell.
Bei der Oberflächenbeschichtung treten prozessspezifische oder teilespezifische Fehler auf. Dazu werden bestimmte verfahrensspezifische Fehlerklassen festgelegt, nach denen die Prüfteile diagnostiziert werden. Wenn diese Prüfteile unterschiedliche körperliche Ausführungen aufweisen, gibt es bisher keine ausreichend effektive Lösung zur Präsentation der Prüfteile. Das trifft insbesondere dann zu, wenn ein hohes Spektrum an unterschiedlich geformten Wälzfräsern auf einem System geprüft werden soll.
Bekannt ist ein System für eine vollautomatische wirtschaftliche Komplettvermessung von Wälzfräsern auch erheblicher Größen (Prospekt der Firma E. Zoller GmbH & Co. KG, Gottlieb-Daimler-Straße 19, 74385 Pleidelsheim) mit Durchlichtbildverarbeitung, Auflichtkamera und Messtaster, mit dem mehr als 15 Parameter (wie Zahnprofil, Rundlauf/Taumel, Teilung) gemessen werden können. Die Auswertung der z. T. über 200 Messwerte, die Berechnung der Güteklassen und die grafische Protokollierung erfolgt vollautomatisch. Dieses Prüfsystem ist aber nur zur Vermessung geeignet, unterschiedliche Oberflächenqualität ist hiermit nicht prüfbar.
Aus DE 20 2015 000 233 U1 ist eine Abrolleinheit mit mindestens einem Kamerasystem bekannt, bei dem ein Prüfteil zwischen zwei Abrollwellen abgelegt ist und bei der mindestens ein verstellbarer bildhafter Oberflächenaufnahmesensor derart angeordnet ist, dass mit einem Spiegelsystem und einer Beleuchtungseinrichtung die zu diagnostizierende Mantelfläche des Prüfteiles durch den Oberflächenaufnahmesensor aufgenommen wird. Mit diesem Prüfsystem können wegen der Geometrie der Abrolleinheit nur eine vorher definierte und damit eingeschränkte Teilevielfalt geprüft werden.
Aus DE 20 2009 002 318 U1 ist ein Einstell- und/oder Messgerät mit einer drehbaren Werkzeugaufnahme zur segmentweisen Ermittlung eines Werkzeuggeometriedatensatzes zur Bestimmung der Verarbeitungsparameter in Werkzeugmaschinen bekannt.
DE 20 2006 005 465 U1 beschreibt ein Werkzeugmessgerät zur Vermessung eines Werkzeugs in einem Werkzeughalter, um Werkzeuge exakt in eine z. B. mehrspindelige Werkzeugaufnahme zu positionieren und nachzumessen.
Letztlich ist DE 20 2005 015 485 U1 ein Mess- und/oder Einstellgerät mit einer Bilderfassungseinheit bekannt, das eine Kamera zur Bildspeicherung und Kontrolle von Werkzeugen mit ein oder mehreren Werkzeugschneiden zur Erfassung der Wirkkontur enthält, um den Verschleiß des Werkzeuges visuell zu erfassen.
Mit allen diesen Prüf- oder Messsystemen ist es nicht möglich, die für den Beschichtungsprozess relevante Eigenschaften und die Oberflächenqualität von rotationssymmetrischen Prüfteilen mit verzahnter Oberflächenstruktur mit einem großen Längenspektrum zu prüfen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Oberflächenprüfsystem für rotationssymmetrische Prüfteile mit verzahnender Oberflächenstruktur zu schaffen, mit dem eine Qualitätskontrolle unterschiedlichster Prüfteilformen und Prüfteillängen möglich ist.
Wenn die Oberfläche rotationssymmetrischer Prüfteile mit verzahnter Oberflächenstruktur beschichtet wird, muss eine Qualitätskontrolle einerseits vor dem Beschichten, aber auch nach dem Beschichten erfolgen. Vor der Beschichtung können der Verschleißgrad oder fehlerhafte Zähne erkannt bzw. der IST-Zustand des Prüfteiles oder Wälzfräsers dokumentiert werden, um daraus auf die Beschichtungsfähigkeit des Wälzfräsers zu schließen. Eine Prüfung nach der Beschichtung soll die Qualitätskontrolle des Gesamtprozesses der Wiederaufarbeitung des Werkzeuges ermöglichen. Daraus ergibt sich ein Vorteil, weil der Zustand der Werkzeuge dokumentiert und damit die Standzeit erhöht werden kann.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass mit dem erfindungsgemäßen Oberflächenprüfsystem mit verschiedenen bildhaften Oberflächenaufnahmesensoren kleine Losgrößen, bis insbesondere zu Einzelstücken, geprüft werden können. Die Prüfbauteilart, z. B. die Wälzfräserart, die Größe werden automatisch erkannt, wodurch eine Prüfprozessparametrierung erfolgt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die dazugehörige Zeichnung zeigt in
1 eine perspektivische Ansicht eines Oberflächenprüfsystems für Wälzfräser
2 eine andere Darstellung der Vorderansicht des Oberflächenprüfsystems ohne Wälzfräser
3 die Draufsicht auf das Oberflächenprüfsystems für Wälzfräser
4 eine andere Darstellung der Vorderansicht des Oberflächenprüfsystems mit Wälzfräser
In den 1 bis 4 sind verschiedene Ansichten eines Oberflächenprüfsystems für rotationssymmetrische Prüfteile mit verzahnter Oberflächenstruktur, beispielsweise Wälzfräser, dargestellt. Ein Prüfteil 1 ist auf einem Drehantrieb 7 angeordnet und wird durch eine Feststelleinheit 2 auf dem Drehantrieb 7 fixiert. Die Feststelleinheit 2 ist höhenverstellbar, damit verschiedenlange Prüfteile 1 geprüft werden können. Gegenüber der Feststelleinheit 2 ist auf einer Linearachse 4 ein axial verschiebbarer 3D-Sensor 3 derart angeordnet, dass er die gesamte Länge des Prüfteiles 1 abtasten kann. Versetzt, beispielsweise rechtwinklig, zur Anordnung Feststelleinheit 2 – Prüfteil 1 – Linearachse 4 ist ein XY-Verstellsystem 5 mit einem Kamerasystem 6, das aus mindestens einer Kamera besteht, angeordnet.
Das Kamerasystem 6 ist mittels der XY-Verstelleinheit 5 in zwei Richtungen X und Y verstellbar. Wenn die Prüfteile 1, beispielsweise die Wälzfräser, große und auch kleine Durchmesser haben, muss die Fokusebene für das Kamerasystem 6 dementsprechend eingestellt werden. Mit der dieser Verstellung in X-Richtung, einer axialen Verstellung, wird mit einer prüfteilspezifischen Autofokusfunktion die Grundeinstellung des Prüfsystems realisiert. Nach der automatisierten Grundeinstellung des Prüfsystems werden in einem oder mehreren Schritten die komplette Mantelfläche mittels des Kamerasystems 6 aufgenommen. Durch eine Verstellung in Y-Richtung, einer vertikalen Verstellung, werden nacheinander verschiedene Sichten auf das Prüfteil 1 ermöglicht, so können Kopf-, Brust- und Rückenfläche von Zähnen unterschiedlicher Ausprägung und Spanwinkeln aufgenommen werden. Bei komplexen Prüfteilen 1 werden die Verstellungen in beiden Richtungen X und Y iterativ wiederholt, um die gesamte Oberfläche des Prüfteiles 1 aufzunehmen.
Um die Oberflächenprüfaufgabe zu erfüllen wird ein Prüfteil 1, zum Beispiel ein Wälzfräser, manuell oder automatisiert in das Prüfsystem eingesetzt und mit einer Feststelleinheit 2 fixiert. Nach Schließen einer nicht dargestellten Tür des Prüfsystems wird die Betriebsbereitschaft hergestellt und das Prüfteil 1 wird durch den Drehantrieb 7 in Drehung versetzt. Dabei wird mit dem 3D-Sensor 3, welcher axial auf der Linearachse 4 verschoben wird, die Gestalt des sich drehenden Prüfteiles 1 abgetastet. Mit den somit ermittelten Werten des Prüfteiles 1 wird die notwendige Grundeinstellung bestimmt und das auf dem XY-Verstellsystem 5 befindliche Kamerasystem 6 in eine optimale Position verstellt. Die optimale Position der Fokusebene ergibt sich aus der Bildschärfe der bildhaften Abbildungen. Damit unterschiedlich strukturierte Prüfteile 1 geprüft werden können, wird das Kamerasystem 6 durch die XY-Verstellsystem 5 verstellt. Das Kamerasystem 6 kann aus mehreren Kameras, Zeilen- und/oder Flächenkameras, im Ausführungsbeispiel aus drei Zeilenkamerasystemen (2) bestehen. Damit ist das Oberflächenprüfsystem für Wälzfräser ein modulares und kaskadierbares Prüfsystem.
Ist der optimale Abstand zwischen den Kameras des Kamerasystems 6 und dem Prüfteil 1 eingestellt worden, wird mit dem Kamerasystem 6, die Oberfläche des Prüfteiles 1 während der Drehung aufgenommen. Ist das Prüfteil 1 durch den Drehantrieb 7 in Rotation versetzt worden, kann der Bildaufnahmevorgang beginnen. Eine notwendige Beleuchtung 8 des Prüfteiles 1 erfolgt über beidseitig angebrachte, gemeinsam mit dem Kamerasystem 6 verstellbare Linienlichter. Damit wird eine optimale Ausleuchtung der Oberfläche während des Bildaufnahmevorganges des Prüfteiles 1 erreicht. Dazu wird das komplette Kamerasystem 6, welches auf dem XY-Verstellsystem 5 installiert ist, derart verschoben, dass die unterschiedlich strukturierte Oberfläche des Prüfteiles 1 vollständig aufgenommen wird, beispielsweise bei Wälzfräsern die Kopffläche, die Vorder- und die Rückseite der Module.
Eine Umdrehung des Prüfteiles 1 ist für den Prüfprozess ausreichend, sofern nicht verschiedene Wellenlängen zur Auswertung erforderlich sind.
Nach der Bildaufnahme erfolgt die Bildauswertung mittels eines Auswerterechners. Die Ergebnisausgabe erfolgt auf einem Monitor gemeinsam mit dem aufgenommen Gesamtbild. Eine Fehlerbewertung wird als Ergebnisausgabe mit dem aufgenommenen Abbild des Prüfteiles 1 visualisiert.
Bezugszeichenliste

1: Prüfteil
2: Feststelleinheit
3: 3D-Sensor
4: Linearachse
5: XY-Verstellsystem
6: Kamera
7: Drehantrieb
8: Beleuchtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 202015000233 U1 [0005]
DE 202009002318 U1 [0006]
DE 202006005465 U1 [0007]
DE 202005015485 U1 [0008]

Claims

Oberflächenprüfsystem für rotationssymmetrische Prüfteile mit verzahnter Oberflächenstruktur, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfteil (1) auf einem Drehantrieb (7) angeordnet und durch eine höhenverstellbare Feststelleinheit (2) auf dem Drehantrieb (7) fixiert ist, wobei gegenüber der Feststelleinheit (2) auf einer Linearachse (4) ein axial verschiebbarer 3D-Sensor (3) derart angeordnet ist, dass er die gesamte Länge des Prüfteiles (1) abtasten kann, und dass versetzt zur Anordnung Feststelleinheit (2) – Prüfteil (1) – Linearachse (4) ein XY-Verstellsystem (5) mit einem Kamerasystem (6) und einer Beleuchtung (8) angeordnet ist.
Oberflächenprüfsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kamerasystem (6), aus mindestens einer Kamera besteht.
Oberflächenprüfsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kamerasystem (6), aus mehreren Kameras besteht.
Oberflächenprüfsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kameras Zeilen- und/oder Flächenkameras sind.
Oberflächenprüfsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kamerasystem (6) auf einem axial und/oder vertikal verstellbaren XY-Verstellsystem (5) angeordnet ist.
Oberflächenprüfsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es kaskadierbar ist.