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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Ermittlung der geometrischen Kenngrößen von Kettengliedern und Gliederketten, insbesondere von Rundstahlgliederketten.
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Bei der Fertigung von Ketten steht die Prüfung auf Zugfestigkeit der Ketten im Vordergrund. Hierfür gibt es zahlreiche Normen und Festlegungen.
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Demgegenüber tritt die Ermittlung geometrischer Kenngrößen, der Längs- und Querabmessungen von Kettengliedern und Gliederketten, in den Hintergrund, ist aber trotzdem notwendig, um eine bestimmte Kettenlänge zu garantieren oder die Führung in einem Kettenrad sicherzustellen. Die Fertigung von Rundstahlgliederketten beinhaltet die Schritte Schneiden, Biegen und Schweißen. Diese sind von vornherein mit einer gewissen Toleranz behaftet. Daher ist eine Maßkontrolle notwendig. Stand der Technik ist eine taktile Maßkontrolle. Als Messmittel dienen Messschieber oder Lehren für einzelne Kettenglieder oder für den Abstand von z. B. 9 oder 11 Kettengliedern. Mit diesen Messmitteln wird stichprobenartig geprüft.
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In der Patentschrift
DE 103 60 163 B3 mit dem Titel: „Prüflehre zum Feststellen des Verschleißes einer Kette, insbesondere einer Rundstahlkette“ wird z.B. eine Prüflehre zum Feststellen des Verschleißes einer Rundstahlkette mittels zweier Prüfstifte beschrieben. Dass Einlegen und Entnehmen eines oder mehrerer Kettenglieder in eine Lehre erfordert jedoch mehrere Sekunden Arbeitszeit und kann nicht synchron mit dem Fertigungstakt verlaufen. Deshalb ist nur eine stichprobenartige Prüfung möglich. Eine Fehler- oder Tendenzerkennung ist folglich nur mit großer zeitlicher Verzögerung realisierbar.
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Die bekannten taktilen Verfahren haben den Nachteil, dass das Herausnehmen und Freistellen eines Kettengliedes wirtschaftlich nur manuell realisiert werden kann. Dies erfordert wiederum einen erhöhten personellen wie auch zeitlichen Aufwand. Es erfolgt eine diskontinuierliche Prüfung, die wenig Rückschlüsse auf Tendenzen in der Fertigung zulässt und im ungünstigen Fall auch größere Verluste an produziertem Kettenmaterial zur Folge hat.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, die beschriebenen Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden und ein Verfahren und eine Anordnung zur kontinuierlichen Ermittlung der geometrischen Kenngrößen von Kettengliedern und Gliederketten bereitzustellen, mit denen es gelingt, eine kurzfristige Aussage über die Maßtendenzen in der Fertigung zu treffen und so die Herstellung von Ausschuss auf ein Minimum zu reduzieren.
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Erfindungsgemäß gelingt die Lösung dieser Aufgabe mit den Merkmalen des ersten und siebenten Patentanspruches, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens in den Unteransprüchen 2 bis 6 und bevorzugte Ausführungen der erfindungsgemäßen Anordnung in den Unteransprüchen 8 bis 13 angegeben sind.
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Mit der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, die geometrischen Kenngrößen von Kettengliedern und Gliederketten mit Hilfe eines optischen Messverfahrens und anschließender Berechnung zu ermitteln, wobei die optische Messung durch Antastung der sichtbaren Kanten realisiert wird. Damit kann eine permanente Kontrolle der Fertigung durch Messung aller produzierten Kettenglieder im Fertigungstakt erfolgen.
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Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind dem nachfolgenden Beschreibungsteil zu entnehmen, in dem die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert wird. Es zeigt:
- 1 - die Antastung der sichtbaren Kanten im Bild eines Kettengliedes und dessen Nachbarkettenglieder
- 2- die Antastung der sichtbaren Kanten im Bild eines um 90° gedrehten Kettengliedes
- 3- die Bestimmung relevanter geometrischer Kenngrößen an einer Rundstahlgliederkette
- 4- weitere geometrische Kenngrößen an benachbarten Kettengliedern einer Rundstahlgliederkette
- 5- Konturantastungen mit Messfeldern an Kettengliedern einer Rundstahlgliederkette zur Bestimmung der in 4 gezeigten Maße dl und dr
- 6- ein erstes Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur optischen Messung der sichtbaren Kanten von Kettengliedern einer Rundstahlgliederkette
- 7- ein zweites Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur optischen Messung der sichtbaren Kanten von Kettengliedern einer Rundstahlgliederkette
- 8- ein drittes Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur optischen Messung der sichtbaren Kanten von Kettengliedern einer Rundstahlgliederkette
- Tabelle 1- Möglichkeiten zur Bestimmung geometrischer Kenngrößen an einer Rundstahlgliederkette
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Bei der optischen Erfassung der geometrischen Kenngrößen eines Kettengliedes zeigt sich eine Besonderheit: Der Aufbau oder die Geometrie der Kette hat zur Folge, dass stets Teile eines Kettengliedes von den benachbarten (vorangehendes und nachfolgendes) Kettengliedern verdeckt werden (s. 1). Um dennoch die notwendigen geometrischen Kenngrößen zu ermitteln, kann das zu vermessende Kettenglied aus der Kette herausgehoben und in den Sichtbereich der Kamera gebracht werden. Dieser sehr aufwändige und kostenintensive Weg würde die unmittelbare Antastung der Innenkanten und damit die direkte Berechnung der wichtigsten geometrischen Kenngröße eines Kettengliedes, der Teilung t, ermöglichen.
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Dagegen werden erfindungsgemäß jedes Kettenglied und die Gliederkette in der Fertigung direkt und ohne besondere Vorrichtungen oder Handhabungen optisch im Durchlicht aufgenommen, wobei alle notwendigen und sichtbaren geometrischen Kenngrößen durch Antastung im Bild bestimmt werden. Dazu gehören die Außenkanten bzw. die Innenkanten (1) und (2) im Krümmungsbereich des zu vermessenden Kettengliedes, die Außen- und Innenkanten (3a, 3b) im geraden nicht geschweißten Bereich des zu vermessenden Kettengliedes, die Außen- und Innenkanten (4a, 4b) im geraden geschweißten Bereich des zu vermessenden Kettengliedes, die Kanten (5) des gebogenen Rundstahls des vorangehenden Kettengliedes und die Kanten (6) des gebogenen Rundstahls des nachfolgenden Kettengliedes.
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Durch Aufnahme mit einem ersten Aufnahmekanal (1) können diese geometrischen Kenngrößen erfasst werden. Infolge der Überdeckung von benachbarten Kettengliedern im Bild ist die erreichbare Messunsicherheit von den geometrischen Verhältnissen Drahtdurchmesser und Kettengliedabmessungen beeinflusst.
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Mit Hilfe einer zweiten Aufnahme eines um 90° gedrehten benachbarten Kettengliedes (2) können die geometrischen Kenngrößen direkt erfasst werden, die durch die erste Aufnahme (1) nur indirekt oder gar nicht bestimmbar sind. Diese Aufnahme ist jedoch nicht unmittelbar notwendig, kann aber zur Steigerung der Genauigkeit und Robustheit eingesetzt werden.
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Aus den erfassten Kantenpunkten werden geometrische Grundelemente (beispielsweise Gerade, Kreis) für die jeweiligen Maßbereiche durch Ausgleichsrechnung nach Gauß oder Tschebyschew ermittelt. Damit stehen die Grundelemente zur Bestimmung der durch Standard festgelegten geometrischen Kenngrößen eines Kettengliedes zur Verfügung.
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Um auch bei einer Eigenbewegung der Kette eine hohe Bildqualität zu erreichen, werden die Kettenglieder und die Gliederkette telezentrisch mit Blitzlicht aufgenommen und abgebildet., wobei die Blitzauslösung und die Bildaufnahme durch ein Lichtschrankensignal ausgelöst werden, sodass die Bilderfassung stets synchron mit der fertigungstypischen Längsbewegung der Kette realisiert wird.
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In 3 und Tabelle 1 sind einige relevante geometrische Kenngrößen eines Kettengliedes und einer Gliederkette sowie Möglichkeiten zu deren Bestimmung gezeigt bzw. aufgeführt. Von diesen Kenngrößen sind einige auch bei nicht freigestellten Kettenglied direkt sichtbar, wie z.B. die innere Breite b1 an bzw. neben der Schweißstelle, die äußere Breite über der Schweißstelle b2 und die Breite der Schweißstelle ø ds und somit unmittelbar erfassbar. Dies geschieht durch Bestimmung der jeweils ersten und zweiten relevanten Kante. Die jeweilige Kenngröße ergibt sich dann aus der Abstandsbestimmung der beiden bestimmten Kanten, die jeweils durch Konturpunkte, eine Ausgleichsgerade, durch Einzelpunkte oder einen Schwerpunkt repräsentiert werden können. Die Abstandsbestimmungen sind durch lotrechte, minimale, maximale, mittige oder durchschnittliche Abstandsberechnungen durchzuführen.
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Allerdings gelingt die Bestimmung der besonders wichtigen Kenngröße eines Kettengliedes, der Teilung t, auf diese Weise nicht. Deshalb werden erfindungsgemäß die im Bild sichtbaren Kanten des zu vermessenden Kettengliedes und der benachbarten Kettenglieder erfasst. Dabei wird deutlich, dass jeweils der Drahtdurchmesser des vorangehenden und des nachfolgenden Kettengliedes sichtbar ist und näherungsweise mit einer Kreisausgleichsrechnung aus den angetasteten Umfangspunkten bestimmt werden kann, wobei die Umfangspunkte auf unterschiedliche Weise gewonnen werden können: i) Durch Antastung der Außenkontur im Krümmungsbereich des aktuellen Kettengliedes (1, 2), ii) durch Antastung der Innenkontur im Krümmungsbereich des aktuellen Kettengliedes oder iii) durch Antastung des Krümmungsbereiches der Nachbarkettenglieder (5, 6).
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Die Kreisausgleichsrechnung liefert die Durchmesser bzw. Radien und die Kreismittelpunkte. Um die Teilung t eines Kettengliedes zu bestimmen, ist der Abstand der Kreismittelpunkte zu berechnen. Zu diesem Abstand ist der halbe Drahtdurchmesser jeweils links und rechts zu addieren.
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Davon abweichend kann der Drahtdurchmesser auch durch ein- oder mehrmalige Messung am gelieferten Runddraht bestimmen werden. Es ist aber vorteilhafter, die durch die Kreisberechnung verfügbaren Drahtdurchmesser unmittelbar zur Berechnung heranzuziehen.
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Abwandlungen des Verfahrens werden notwendig, wenn durch fertigungsbedingte Herstellungsverfahren die notwendige Mess- und Berechnungsgenauigkeit nicht erlangt wird. Dies können fertigungsbedingte Abplattungen oder Aufwölbungen, Einkerbungen, Grate usw. sein. In begrenztem Maße ist dies mit Hilfe von Korrekturfaktoren kompensierbar. Aber auch durch Anpassung der Messstrategie, z. B. Bestimmung des Drahtdurchmessers durch Antastung des Außenradius an der Krümmung des sichtbaren Kettengliedes minus dem Innenradius an der Krümmung des sichtbaren Kettengliedes. Die anschließende Bestimmung von weiteren Maßen die zur Zusammensetzung des Teilungsmaßes t notwendig sind, lassen weitere Varianten zu, um die fertigungsbedingten Oberflächenunterschiede an Kettengliedern zu berücksichtigen. Beispielhaft sind folgende Varianten unter Bezugnahme auf die in 4 gezeigten Maße realisierbar:
- • t = ti + (dl + dr),
- • t = ta - (dl + dr),
- • t = (ta + ti) / 2.
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Das Maß des Drahtdurchmessers dl kann auf der linken Seite des aktuellen Kettengliedes bestimmt werden. Hierfür wird die Außen- und Innenkontur im linken Krümmungsbereich des aktuellen Kettengliedes ermittelt. Anschließend wird der kürzeste Abstand zwischen dem Extrempunkt (x-Koordinate minimal) der Innenkontur und einem Punkt der Außenkontur bestimmt (5). Um stabilere Werte zu erhalten werden diese Schritte für Konturen oberhalb und unterhalb des benachbarten Kettengliedes durchgeführt und der Durchschnittswert der Abstandsmaße verwendet. Analog wird für das Maß des Drahtdurchmessers dr auf der linken Seite des aktuellen Kettengliedes ermittelt.
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In 6 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Ermittlung der geometrischen Kenngrößen von Kettengliedern dargestellt. Sie umfasst einen Bildaufnahmekanal mit einer Aufnahmeeinheit (14), einer vorzugweise telezentrisch abbildenden optischen Einheit (15) und eine Durchlichtquelle (16), die vorzugsweise eine telezentrische Leuchte oder eine Flächenleuchte ist. Zur Synchronisierung der Bildaufnahmen und der Bewegung der Gliederkette ist eine Lichtschranke (17) unmittelbar neben der Gliederkette angeordnet. Die Bildaufnahme erfolgt, synchronisiert mit der Bewegung der Gliederkette, im Blitzbetrieb.
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Die 7 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Ermittlung der geometrischen Kenngrößen von Kettengliedern. Bei einer Gliederkette sind benachbarte Kettenglieder jeweils um 90° verdreht. Um etwaige Maßabweichungen sicher zu erfassen, werden mindestens zwei Bildaufnahmekanäle verwendet, wobei die optischen Achsen dieser beiden Bildaufnahmekanäle senkrecht zueinander ausgerichtet sind. Jeder Bildaufnahmekanal umfasst eine Aufnahmeeinheit (14, 18), eine vorzugweise telezentrisch abbildende optische Einheit (15, 19) und eine Durchlichtquelle (16, 20), die vorzugsweise eine telezentrische Leuchte oder eine Flächenleuchte ist. Zur Synchronisierung der Bildaufnahmen und der Bewegung der Gliederkette ist eine Lichtschranke (17) unmittelbar neben der Gliederkette angeordnet. Die Bildaufnahme erfolgt, synchronisiert mit der Bewegung der Gliederkette, im Blitzbetrieb.
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Für die Auslösung der zweiten Bildaufnahme eines benachbarten Kettengliedes nach 2 ist eine zweite Lichtschranke vorteilhaft. In Grenzen kann sie aber auch zeitverzögert zur ersten Bildaufnahme erfolgen.
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Die 8 offenbart ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung zur Ermittlung der geometrischen Kenngrößen von Kettengliedern und Gliederketten. Sie umfasst zusätzlich zu dem ersten und zweiten Bildaufnahmekanal einen dritten Bildaufnahmekanal, wobei der erste und zweite Bildaufnahmekanal die gleichen Funktionen wie im zweiten Ausführungsbeispiel nach 7 haben. Die optische Achse des dritten Bildaufnahmekanals ist in einem definierten Abstand und parallel zu der optischen Achse des ersten oder zweiten Bildaufnahmekanals angeordnet. Der dritte Bildaufnahmekanal dient zur direkten Erfassung der Mehrfach-Teilungslänge L, einer geometrischen Kenngröße der Gliederkette. Diese wird über eine ungerade Anzahl von Kettengliedern, typischerweise 9 oder 11, ermittelt. Die Mehrfach-Teilungslänge L kann aber auch alternativ aus der einfachen Teilungslänge t errechnet werden. In diesem Fall kann auf den dritten Bildaufnahmekanal verzichtet verwendet werden.
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Mit der vorliegenden Erfindung können im Fertigungstakt alle produzierten Kettenglieder gemessen, Tendenzen zur Maßabweichung schnell erkannt und die Fertigungsschritte auf das Sollmaß eingeregelt werden.
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Zudem kann die vorgestellte Erfindung unmittelbar auch in der Produktion von anderen Kettentypen, z.B. Profilgliederketten, Verwendung finden. Es können sowohl einzelne Kettenglieder einschließlich des unmittelbaren Nachfolgers als auch der Abstand einer ungeraden Zahl von Kettengliedern ermittelt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1 -
- Messfelder für die Außenkanten des zu vermessenden Kettengliedes im Krümmungsbereich des Vorgängerkettengliedes
- 2 -
- Messfelder für die Außenkanten des zu vermessenden Kettengliedes im Krümmungsbereich des Nachfolgerkettengliedes
- 3a, 3b -
- Messfelder für die Außen- und Innenkanten im geraden nicht geschweißten Bereich eines zu vermessenden Kettengliedes
- 4a, 4b -
- Messfelder für die Außen- und Innenkanten im geraden geschweißten Bereich eines zu vermessenden Kettengliedes
- 5 -
- Messfelder für die Kanten des Rundstahls des Vorgängerkettengliedes
- 6 -
- Messfelder für die Kanten des Rundstahls des Nachfolgerkettengliedes
- 7 -
- senkrechte Messfelder zur groben Positionsbestimmung des zu vermessenden Kettengliedes
- 8 -
- schräge Messfelder zur groben Positionsbestimmung des zu vermessenden Kettengliedes
- 9 -
- linke Außenkante im Krümmungsbereich des zu vermessenden Kettengliedes bei um 90° versetzter Ansicht
- 10 -
- rechte Außenkante im Krümmungsbereich des zu vermessenden Kettengliedes bei um 90° versetzter Ansicht
- 11 -
- Ausführungsbeispiel der Messfelder für Außenkonturantastung zur Bestimmung der Maße dl und dr
- 12 -
- Ausführungsbeispiel der Messfelder für Innenkonturantastung zur Bestimmung der Maße dl und dr
- 13 -
- Maß dl oberhalb des benachbarten Kettengliedes
- 14 -
- Aufnahmeeinheit des ersten Bildaufnahmekanals
- 15 -
- abbildende optische Einheit des ersten Bildaufnahmekanals
- 16 -
- Durchlichtquelle des ersten Bildaufnahmekanals
- 17 -
- Positionserfassungseinheit
- 18 -
- Aufnahmeeinheit des zweiten Bildaufnahmekanals
- 19 -
- abbildende optische Einheit des zweiten Bildaufnahmekanals
- 20 -
- Durchlichtquelle des zweiten Bildaufnahmekanals
- 21 -
- Aufnahmeeinheit des dritten Bildaufnahmekanals
- 22 -
- abbildende optische Einheit des dritten Bildaufnahmekanals
- 23 -
- Durchlichtquelle des dritten Bildaufnahmekanals
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Tabelle 1
| Abkürkürzung | Bezeichnung | Beispielhaftes Verfahren zur Bestimmung | Skizze |
| b1 | innere Breite an bzw. neben der Schweißstelle | Abstand Schwerpunkt-Gerade | |
| b2 | äußere Breite über der Schweißstelle | Abstand Schwerpunkt-Gerade | |
| ∅ ds | Schweißstellendurchmesser | Abstand Schwerpunkt-Gerade | |
| t | Teilung | Kreis L, Kreis R, Abstand Mittelpunkt-Mittelpunkt, Abzug 1 x Drahtdurchmesser, Korrekturrechnung für Stauchung oder Dehnung | |
| L | Mehrfach-Teilungslänge | Berechnung von z. B. 11 Kettengliedern oder Messung über 11 Kettenglieder mit drittem Kanal | |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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