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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prüfen eines Zahnradgetriebes mit einer optischen Prüfmethode. Optische Prüfverfahren für Zahnräder und Vorrichtungen zum Durchführen dieser Verfahren sind aus dem Stand der Technik, insbesondere aus der
US 2006/0029257 A1 , bekannt.
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Nachfolgend wird die Erfindung in Zusammenhang mit Kegelrad- und Hypoidzahnradgetrieben, also Zahnradgetriebe wie diese für Großserienachsgetriebe von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, beschrieben, dies ist jedoch nicht als eine Beschränkung der Erfindung zu verstehen.
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Die Zahnräder für derartige Achsgetriebe werden vor ihrer Verwendung auf sogenannten Laufprüfmaschinen hinsichtlich geometrischer Abweichungen, beispielsweise Rundlauf, und hinsichtlich weiterer Parameter, beispielsweise der Lage- und Größe des Tragbildes, geprüft. Damit soll bereits vor der tatsächlichen Verwendung das Lauf- und Geräuschverhalten der miteinander in Eingriff befindlichen Zahnräder beurteilt werden.
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Bei dieser Prüfung der Zahnräder wird weiterhin eine Sollposition für diese zum Einbau im Getriebegehäuse ermittelt, da die Tragbildlage und -größe von der Istposition der Zahnräder im Getriebegehäuse abhängt. Die Zahnräder werden also bei der Montage entsprechend der ermittelten Sollposition im Getriebe eingebaut und nehmen dann eine Istposition ein, welche von der Sollposition abweichen kann.
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Die
US 2006/0029257 A1 und die
US 2007/00558854 A1 und die
US 5 373 735 A befassen sich mit Vorrichtungen und Verfahren zum Prüfen von Zahnrädern auf einer sogenannten Laufprüfmaschine und befassen sich somit auch mit dem Ermitteln der Sollposition der Zahnräder.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Prüfen von Zahnradgetrieben mit darin eingebauten Zahnrädern anzugeben. Dabei ist das zu prüfenden Zahnradgetriebe insbesondere ein Zahnradgetriebe mit gekreuzten Achsen, insbesondere ein Kegelrad- oder ein Hypoidgetriebe.
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Unter einem Zahnradgetriebe ist im Sinne der Erfindung eine Einrichtung mit wenigstens einem Zahnradpaar, mit zwei Zahnrädern und mit einem Getriebegehäuse und zwei Getriebewellen zu verstehen. Ein solches Zahnradgetriebe ist zur Bewegungs- und Leistungsübertragung eingerichtet. Vorzugsweise sind diese Zahnräder, drehfest auf den Getriebewellen aufgenommen, vorzugsweise ist wenigstens eines der Zahnräder einstückig mit einer der Getriebewellen ausgebildet. Vorzugsweise sind die Zahnräder mittels der Getriebewellen drehbar in dem Getriebegehäuse gelagert, vorzugsweise wälzgelagert. Vorzugsweise weist das Getriebegehäuse eine Montageöffnung auf, durch welche zumindest eines, vorzugsweise aber beide Zahnräder in diesem montierbar sind. Als Zahnrad im Sinne der Erfindung sind insbesondere Zahnräder zur formschlüssigen Bewegungs- und Leistungsübertragung mittels einer Wälzbewegung zu verstehen, vorzugsweise Stirnräder, Kegel- oder Hypoidräder, Schnecken- oder Schraubräder und Kronräder.
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Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung und ein Verfahren nach Anspruch 1, beziehungsweise Anspruch 5, gelöst, zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Getriebeprüfvorrichtung ist dabei dazu eingerichtet, ein Zahnradgetriebe aufzunehmen, in welchem ein Zahnradpaar mit wenigstens zwei Zahnrädern montiert ist, wobei die beiden Zahnräder zur Leistungsübertragung miteinander kämmen, also miteinander in Eingriff stehen. Anders als bei einer herkömmlichen Laufprüfmaschine, welche die Position der zu prüfenden Zahnräder vorgibt, ist bei der erfinderischen Getriebeprüfvorrichtung eine solche Positionierung der Zahnräder durch die Vorrichtung selbst nicht vorgesehen, da das zu prüfende Getriebe die Positionen der Zahnräder durch deren Lagerung vorgibt.
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Bisher ist es bekannt, dass bei der Fertigung von Zahnradgetrieben mit dem Bedarf einer Tragbildeinstellung stichprobenartig eine Sichtkontrolle an fertigmontierten Zahnradgetrieben durchgeführt wird, um zu prüfen ob sich ein ausreichendes Tragbild ergibt. Für diese Stichprobe wird ein Tragbild der miteinander kämmenden Zahnräder in dem zu prüfenden Zahnradgetriebe ermittelt. Anhand der Lage und Größe des ermittelten Tragbilds entscheidet ein Facharbeiter anhand von Erfahrungswerden ob das Zahnradgetriebe den Anforderungen genügt, oder ob die Zahnräder im Getriebegehäuse neu positioniert werden müssen und so die Tragbildlage und -größe verändert wird.
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Mit der erfinderischen Getriebeprüfvorrichtung ist es ermöglicht, das Tragbild mit einer optischen Prüfmethode zu ermitteln und zu bewerten und so eine objektive Beurteilung zu ermöglichen, welche nicht auf subjektiven Erfahrungswerten beruht, und so ist eine Qualitätssteigerung zu erreichen.
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Für die Prüfung des Zahnradgetriebes ist vorzugsweise wenigstens eine und bevorzugt sind zwei unterschiedliche optischen Prüfmethoden zur Beurteilung des Lauf- und Geräuschverhaltens sowie der Tragbildlage und -größe des Zahnradgetriebes vorgesehen. Dabei werden diese optischen Prüfmethoden, wenigstens aber die Erfassung von Bilddaten, auf welchen diese Prüfmethode oder -methoden basieren, ausgeführt, während in dem zu prüfenden Zahnradgetriebe eines der Zahnräder mit einer Prüfdrehzahl rotiert.
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Um eine besonders exakte Bilddatenerfassung zu ermöglichen, weist die Getriebeprüfvorrichtung wenigstens einen Positionssensor auf, welcher zur Erfassung der Drehstellung des zu prüfenden Zahnrades oder zumindestens eines der Zahnräder eingerichtet ist. Sobald sich dieses Zahnrad in einer Prüfstellung befindet, wird eine Kamera der Getriebeprüfvorrichtung derart angesteuert, dass diese Bilddaten von einer Zahnflanke dieses Zahnrades erfasst und zur Weiterverarbeitung durch eine der optischen Prüfmethoden bereitstellt.
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Vorzugsweise wird zum Prüfen des Zahnradgetriebes eine erste und eine zweite optische Prüfmethode ausgeführt, vorzugsweise wird eine erste oder eine zweite optische Prüfmethode ausgeführt, ohne dass die jeweils andere dieser optischen Prüfmethoden ausgeführt wird.
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Weiter vorzugsweise ist die erste optische Prüfmethode dazu vorgesehen um Beschädigungen an der zu prüfenden Zahnflanke, insbesondere der Oberfläche dieser, zu beurteilen und weiter vorzugsweise ist eine zweite optische Prüfmethode dazu vorgesehen, die Ausbildung eines Tragbildes, beziehungsweise die Größe und Lage einer Kontaktfläche zwischen dem zu prüfenden Zahnrad und dem Zahnrad, welches mit diesem zur Leistungsübertragung in Eingriff steht, zu beurteilen. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, vor dem Ausführen der zweiten optischen Prüfmethode eine Prüfmediumsschicht, insbesondere einen Tragbildlack, auf die zu prüfenden Bereiche des Zahnrades, vorzugsweise auf Zahnflanken des Zahnrads, aufzutragen.
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Weiter vorteilhaft ist es vorgesehen, dass eine der optischen Prüfmethoden wenigstens teilweise zeitgleich zu einer weiteren Prüfmethode, welche insbesondere auf der Messung einer Zahnradgeometrie beruht, ausführbar ist. Insbesondere ist unter einer derartigen weiteren Prüfmethode eine Rundlaufprüfung, eine Einflankenwälzprüfung oder eine andere, insbesondere eine Standard-Zahnradmessprozeduren, zu verstehen.
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Dadurch, dass die Prüfmediumsschicht vor der zweiten optischen Prüfmethode und damit, soweit zwei optische Prüfmethoden ausgeführt werden, vorzugsweise zwischen diesen beiden optischen Prüfmethoden aufgetragen wird, kann mit der ersten Prüfmethode besonders gut die Mikrogeometrie, insbesondere also die Oberflächenbeschaffenheit wenigstens einer der Zahnflanken beurteilt werden, während mit der zweiten Prüfmethode, insbesondere die Tragbildlage und -größe, besonders gut beurteilbar ist. Wie dargelegt ist es bei diesen Ablauf insbesondere ermöglicht, dass die erste optische Prüfmethode auf eine metallische blanke Zahnflanke ausgeführt wird. Weiter vorzugsweise werden mehrere erste Prüfmethoden und oder mehrere zweite Prüfmethoden ausgeführt.
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Im Sinne der Erfindung ist die Getriebeprüfvorrichtung dazu eingerichtet, eines der Zahnräder in dem zu prüfenden Getriebe mit einer vorgebbaren Drehzahl anzutreiben und dasjenige Zahnrad, welches mit diesem kämmt, mit einem vorgebbaren Drehmoment zu belasten, vorzugsweise zu bremsen. Weiter vorzugsweise ist die Getriebeprüfvorrichtung zum Aufnehmen von Messwerten eingerichtet, insbesondere zum Durchführen einer Rundlaufprüfung und einer Einflankenwälzprüfung, weiter vorzugsweise ist die Getriebeprüfvorrichtung für Kegel- oder Hypoidrädergetriebe eingerichtet oder als eine Prüfmaschine zum Prüfen von Stirnradgetrieben ausgebildet.
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Im Sinne der Erfindung ist unter der Prüfstellung, die Drehstellung des Zahnrades des zu prüfenden Zahnradgetriebes zu verstehen, in welcher von wenigstens einer der Kameras der Getriebeprüfvorrichtung Bilddaten von dem zur Überprüfung vorgesehenen Bereich des Zahnrades, also insbesondere einer der Zahnflanken, aufnehmbar sind. Vorzugsweise ist unter der Prüfstellung ein bestimmter Drehweg zu verstehen, welchen dieses Zahnrad während einer Belichtungsdauer der Kamera, welche die Bilddaten erfasst, überstreicht.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einer Zahnflanke der Bereich eines Zahnrades zu verstehen, der unmittelbar von einem weiteren Zahnrad, mit welchem dieses in Eingriff steht, zur Bewegungsübertragung kontaktierbar ist. Im Sinne der Erfindung ist unter einer ersten Art von Zahnflanken eine erste Gruppe von Zahnflanken eines Zahnrades zu verstehen, welche sich bezüglich ihrer geometrischen Eigenschaften wenigstens ähnlich oder identisch sind. Vorzugsweise sind unter einer ersten Art von Zahnflanken sämtliche Vorderflanken und unter einer zweiten Art von Zahnflanken sind sämtliche Rückflanken des Zahnrades zu verstehen. Weiter vorzugsweise sind unter einer ersten Art von Zahnflanken die Schub- oder Zugflanken und unter einer zweiten Art von Zahnflanken die Zug- oder Schubflanken zu verstehen, so dass durch diese beiden Arten von Zahnflanken insbesondere sämtliche Zahnflanken eines Zahnrades erfasst sind.
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Im Sinne der Erfindung ist unter der Bilddatenerfassung die Erfassung eines, insbesondere optischen, Abbildes, wenigstens einer Zahnflanke oder einer Art von Zahnflanken zu verstehen. Weiter vorzugsweise ist unter den erfassten Bilddaten ein Foto, wenigstens einer Zahnflanke des zu prüfenden Zahnrades, zu verstehen und bevorzugt wenigstens ein Farbbild einer solchen Zahnflanke, weiter vorzugsweise mehrerer Zahnflanke und besonders bevorzugt sämtlicher Zahnflanken.
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Weiter vorzugsweise sind die Bilddaten derart erfasst, dass diese auf einer Datenverarbeitungsanlage mittelbar oder unmittelbar speicherbar und von dieser verarbeitbar sind, insbesondere liegen diese in Form wenigstens eines Digitalbildes vor. Vorzugsweise ist unter der Bilddatenerfassung damit die Aufnahme eines digitalen Bildes, vorzugsweise eines digitalen Farbbildes zu verstehen.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einer ersten optischen Prüfmethode eine auf den erfassten Bilddaten basierende Methode zu verstehen, wobei für diese erste optische Prüfmethode die Erfassung der Bilddaten vor dem Auftrag der Prüfmediumsschicht auf die Zahnflanken erfolgt. Vorzugsweise erfolgt die Erfassung der Bilddaten bei der ersten Prüfmethode damit von einer metallisch blanken Zahnflanke, beziehungsweise von einer Zahnflanke, welche frei ist von einer optisch teilweise oder vorzugsweise vollständig, deckenden Schicht.
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Weiter ist im Sinne der Erfindung unter einer zweiten optischen Prüfmethode eine auf den erfassten Bilddaten basierende Methode zu verstehen, wobei für die zweite optische Prüfmethode die Bilddaten nach dem Auftrag der Prüfmediumsschicht auf die Zahnflanken erfolgt. Weiter vorzugsweise können mehrere erste und/oder mehrere zweite optische Prüfmethoden durchgeführten werden. Weiter vorzugsweise wird für die Durchführung der zweiten optischen Prüfmethode die Prüfmediumsschicht durch das Kämmen der Zahnräder in dem zu prüfenden Zahnradgetriebe planmäßig, wenigstens teilweise oder vollständig, abgetragen.
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Vorzugsweise weist die Getriebeprüfvorrichtung wenigstens eine, vorzugsweise aber zwei Kameras, insbesondere digitale Kameras, auf. Diese Kameras sind vorzugsweise in einem oder mehreren Schutzgehäusen mit vorzugsweise wenigstens einer Schutzklappe angeordnet. Weiter vorzugsweise weist Getriebeprüfvorrichtung eine Beleuchtungseinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, die zu Bilddatenerfassung vorgesehenen Bereiche zu beleuchten. Dabei ist das Schutzgehäuse vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Kamera oder Kameras und vorzugsweise die Beleuchtungseinrichtung, vor Verschmutzung und äußeren mechanischen Einflüssen geschützt sind.
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Vorzugsweise weist die Beleuchtungseinrichtung ein Beleuchtungsgehäuse zum Schutz der Beleuchtungseinrichtung vor äußeren Einflüssen auf, bevorzugt ist die Beleuchtungseinrichtung mit der oder einer der Kameras in diesem Schutzgehäuse angeordnet. Vorzugsweise ist die Beleuchtungseinrichtung als eine stroboskopische Lichtquelle ausgebildet. Vorzugsweise ist darunter zu verstehen, dass die Beleuchtungseinrichtung zeitweise Lichtstrahlen zur Beleuchtung der Zahnflanke im zu prüfenden Zahnradgetriebe aussendet, welche zur Bilddatenerfassung vorgesehen ist (erster Betriebsmodus) und zeitweise keine Lichtstrahlen für diese Beleuchtung aussendet (zweiter Betriebsmodus).
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Vorzugsweise weist die Getriebeprüfvorrichtung mehrere Beleuchtungseinrichtungen auf, vorzugsweise entspricht die Anzahl der Beleuchtungseinrichtungen der Anzahl der Kameras, welche zur Bilddatenerfassung vorgesehen sind. Vorzugsweise kann für mehrere Beleuchtungseinrichtungen eine Lichtquelle vorgesehen sein, bevorzugt weist jede Beleuchtungseinrichtung eine eigene Lichtquelle auf. Weiter vorzugsweise ist die Anzahl der Beleuchtungseinrichtungen geringer als die Anzahl der Kameras.
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Es hat sich gezeigt, dass insbesondere auf Grund der Oberflächenbeschaffenheit von Zahnrädern, eine bestimmte Beleuchtungsstärke der Beleuchtungseinrichtung zu einer besonders vorteilhaften Bilddatenerfassung beiträgt. Vorzugsweise ist die Beleuchtungsstärke der Beleuchtungseinrichtung aus einem bestimmten Bereich ausgewählt, dieser ist vorzugsweise größer als 200000 lux, weiter vorzugsweise größer als 400000 lux, bevorzugt größer als 550000 lux und weiter vorzugsweise kleiner als 1200000 lux, vorzugsweise kleiner als 750000 lux und bevorzugt kleiner als 650000 lux und ganz besonders bevorzugt ist die Beleuchtungsstärke wenigstens im Wesentlichen 610000 lux. Weiter vorzugsweise ist die Beleuchtungsstärke von wenigstens zwei Beleuchtungseinrichtung gleich groß und bevorzugt ist die Beleuchtungsstärke aller Beleuchtungseinrichtung gleich. Weiter vorzugsweise ist die Beleuchtungsstärke der Beleuchtungseinrichtung steuerbar, vorzugsweise dimmbar.
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Weiter wurde festgestellt, dass die Bilddatenerfassung vorteilhaft beeinflussbar ist, wenn die Beleuchtungseinrichtung in einem bestimmten Abstandsbereich von dem zur Bilddatenerfassung vorgesehenen Bereich des Zahnrads in dem zu prüfenden Zahnradgetriebes angeordnet ist. Vorzugsweise ist der Abstand der Beleuchtungseinrichtung von diesem Bereich größer ist als 10 mm, weiter vorzugsweise größer ist als 25 mm, bevorzugt größer ist als 50 mm und besonders bevorzugt größer ist als 125 mm und weiter vorzugsweise kleiner als 1250 mm, vorzugsweise kleiner als 750 mm, bevorzugt kleiner als 350 mm und besonders bevorzugt kleiner als 250 mm und ganz besonders bevorzugt wenigsten im Wesentlichen 200 mm ist. Weiter vorzugsweise wurde festgestellt, dass sich die Kombination aus Beleuchtungsstärke und Abstand der Beleuchtungseinrichtung besonders vorteilhaft auf die erfassten Bilddaten auswirken.
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Weiter ist die Getriebeprüfvorrichtung vorzugsweise so eingerichtet, dass mit einer der Kameras die Bilddaten der Zahnflanken der Schub- (Schubflanke) und mit der anderen der Kameras die Zahnflanken der Zugseite (Zugflanke) des zu prüfenden Zahnrades erfassbar sind. Insbesondere durch diese Aufteilung der Kameras ist ein besonders effizientes Prüfen des Zahnradgetriebes ermöglicht.
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Vorzugsweise werden die Bilddaten mit einer bestimmten Belichtungsdauer oder Belichtungszeit erfasst, welche aus nachfolgend dargestelltem Bereich ausgewählt ist. Unter der Belichtungsdauer/-zeit ist im Sinne der Erfindung die Zeitspanne zu verstehen, in der ein photosensibles Medium (z. B. CMOS- oder CCD-Sensor) zur Aufzeichnung eines Bildes, also zur Erfassung der Bilddaten, dem Licht ausgesetzt ist oder für die Bilddatenerfassung herangezogen wird. Es hat sich gezeigt, dass bei kurzen Belichtungsdauern die Qualität der erfassten Bilddaten nicht ausreichend ist, insbesondere weil bekannte optische Kameras die Bilddaten nicht schnell genug erfassen können. Weiter hat sich gezeigt dass eine lange Belichtungsdauer ebenfalls zu einer nicht ausreichenden Qualität der erfassten Bilddaten führt. Untersuchungen haben gezeigt, dass eine Belichtungsdauer die aus einem Bereich ausgewählt ist, der vorzugsweise größer ist als 2 μs (Mikrosekunden), weiter vorzugsweise größer ist als 25 μs und bevorzugt größer ist als 70 μs und weiter kleiner ist als vorzugsweise 500 μs, weiter vorzugsweise kleiner ist als 250 μs, bevorzugt kleiner ist als 120 μs und ganz besonders bevorzugt ist die Belichtungszeit, wenigstens im Wesentlichen, 100 μs. Insbesondere bei einer derartigen Belichtungsdauer ist es ermöglicht, Bilddaten mit ausreichender Qualität in kurzer Zeit zu erfassen. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass beide Kameras mit einer Belichtungsdauer aus diesem Bereich für die Belichtungsdauer arbeiten, vorzugsweise arbeiten die Kameras mit der gleichen Belichtungsdauer.
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Um qualitativ ausreichend gute Bilder der Zahnflanken aufzunehmen, ist es vorzugsweise vorgesehen, wenigstens eine der Kameras, vorzugsweise beide, mittels dieses wenigstens einen Positionssensors anzusteuern, beziehungsweise die Bilddatenerfassung mittels dieses Positionssensors zu triggern beziehungsweise anzusteuern. Dabei ist unter diesem Ansteuern insbesondere zu verstehen, dass die Kamera Bilddaten von dem Bereich des Zahnrades aus dem zu prüfenden Zahnradgetriebe erfasst. Der Positionssensor ist also dazu eingerichtet, die Drehstellung wenigstens des Zahnrades aus dem zu prüfenden Zahnradgetriebe, von welchem die Bilddaten aufgenommen werden, zu mittelbar oder vorzugsweise unmittelbar zu erfassen.
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Diese Erfassung der Drehstellung kann unmittelbar an einem der Zahnräder des zu prüfenden Zahnradgetriebes erfolgen oder mittelbar an einer Getriebewelle des zu prüfenden Zahnradgetriebes oder eine Welle der Getriebeprüfvorrichtung. Weiter vorzugsweise wird die Beleuchtungseinrichtung ebenfalls basierend auf dieser erfassten Drehstellung angesteuert. Vorzugsweise gibt die Beleuchtungseinrichtung in Abhängigkeit von einer Umlauffrequenz des zu Zahnrades, von welchem Bilddaten im zu prüfenden Getriebe aufgenommen werden, beziehungsweise der Prüfdrehzahl, Lichtstrahlen zur Beleuchtung des Bereichs der zur Bilddatenerfassung vorgesehen ist, ab. Vorzugsweise kann die Ansteuerung der Belichtungseinrichtung mittelbar über eine der Kameras oder über die Kamera erfolgen.
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Vorzugsweise kann, nach dem die erste optische Prüfmethode durchgeführt wurde, beziehungsweise nach dem die Bilddaten für diese erfasst wurden, die Prüfmediumsschicht auf das zu prüfende Zahnrad aufgetragen werden, insbesondere um Bilddaten für eine der zweiten oder für die zweite optischen Prüfmethode zu erfassen. Vorzugsweise wird die zweite optische Prüfmethode ausgeführt ohne dass zuvor eine erste optische Prüfmethode ausgeführt wurde. Vorzugsweise kann dieses Auftragen der Prüfmediumsschicht automatisiert, vorzugsweise mittels einer Prüfmediumssprüheinrichtung, insbesondere mittels eines Farbsprühsystems, oder manuell erfolgen. Vorzugsweise wird bei der Prüfmediumssprüheinrichtung Prüfmedium zerstäubt und auf eine oder vorzugsweise auf mehrere, Zahnflanken eines der Zahnräder im zu prüfenden Zahnradgetriebe aufgetragen.
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Vorzugsweise erfolgt das Auftragen der Prüfmediumsschicht vor dem Ausführen der zweiten optischen Prüfmethode, ohne dass die erste optische Prüfmethode ausgeführt wurde. Damit ist es insbesondere ermöglicht, dass die Bilddaten für die zweite optische Prüfmethode erfasst werden, ohne dass zuvor Bilddaten für eine oder für die erste optische Prüfmethode erfasst wurden.
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Nach der Farbauftragung, insbesondere also nachdem Aufbringen der Prüfmediumsschicht, werden die Tragbilder des Zahnradpaares des zu prüfenden Zahnradgetriebes erfasst. Diese Bilddaten dienen zur Tragbilddetektion und -auswertung. Insbesondere durch einen derartigen Prüfablauf ist die Effizienz in der Zahnradgetriebefertigung steigerbar, da so die Tragbildlage und -größe der Zahnräder im eingebauten Zustand im zu prüfenden Zahnradgetriebe erfasst wird. Insbesondere ist durch die Prüfung des Zahnradgetriebes als Ganzes zum einen ein Vergleich mit Prüfungsergebnissen aus der Zahnradprüfung auf einer Laufprüfmaschine ermöglicht und zum zweiten ist es insbesondere ermöglicht, die gesamte Toleranzkette, welche die Lagerung und Lagersitze mit beinhaltet, abzuprüfen.
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Erfindungsgemäß erfolgt die Prüfung des Zahnradgetriebes durch eine Öffnung im Getriebegehäuse des zu prüfenden Zahnradgetriebes, vorzugsweise durch eine Montageöffnung, durch welche hindurch wenigstens eines der Zahnräder in das Getriebegehäuse einführbar ist.
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Vorzugsweise werden die Bilddaten in Form von Farbbildern erfasst. Es hat sich gezeigt, dass mit Farbbildern eine besonders gute Fehlererkennung auf der Zahnflankenoberfläche sowie des Tragbildes erreichbar ist. Alternativ können die Bilddaten auch in Form eines Schwarz/Weiß- oder Graustufen Bildes erfasst werden.
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Die Auswertung und Bearbeitung der erzeugten Bilddaten wird in den verschiedenen optischen Prüfmethoden, insbesondere erste und zweite Prüfmethode, nach vorzugsweise unterschiedlichen Algorithmen automatisch durchgeführt.
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Vorzugsweise wird für die Erkennung von Fehlern, insbesondere um Beschädigungen im Bereich eines Zahnkopfes und vorzugsweise um Fehler an den Kopfkanten des zu prüfenden Zahnrades nachfolgend dargelegte erste Prüfmethode durchgeführt:
- 1. mittels eines Filters sind Objektdetails hervorhebbar, vorzugsweise ist die Kopfkante hervorhebbar (Unsharp Masking),
- 2. die Bilddaten in ein Grauwertbild transformiert,
- 3. die Farb- beziehungsweise Grauwertewerte invertiert,
- 4. Rauschen durch eine Medianfilterung verringert und somit die Schadstelle hervorgehoben,
- 5. ein Binärbild mittels des Segmentierungsverfahrens mit adaptiver Schwellwertmethode erzeugt,
- 6. das Binärbild auf den entsprechenden zu untersuchenden Bereich der Zahnflank, insbesondere den Bereich der Kopfkante, reduziert,
- 7. und noch einmal gefiltert, um nur noch eventuelle Schadstellen auf dem Bild darzustellen,
- 8. und so sind die Flächen der Schadstelle in dem untersuchten Bereich der Zahnflane identifizierbar.
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Aus den aufgenommenen Bilddaten ist eine Fehlerfläche für eine einzelne, mehrere einzelne oder alle Zahnflanken, berechenbar. Dabei ergibt sich eine Fehlerfläche insbesondere in einer Abweichung eines Farb- oder Grauwerts von einem vorgebbaren Mittelwert.
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Somit ist es ermöglicht, vorzugsweise eine kumulierte oder bevorzugt eine Einzelfehlerfläche zu berechnen und bei einem Überschreiten von Schwellwerten für einen Einzelfehler oder der gesamten Fehlerfläche werden diese als Beschädigung des untersuchten Zahnflankenbereichs interpretiert. Dabei beschreiben derartige Schwellenwerte vorzugsweise eine relative Fläche in Bezug auf die gesamte Fläche einer Zahnflanke oder eine absolute Flächengröße. Mit einer differenzierteren Methode ist auch die Schwere der Fehler in Abhängigkeit von der Fehlerfläche bewertbar.
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Nachfolgend wird eine der ersten optischen Prüfmethode beschrieben, welche für die Fehlererkennung an nicht vollständig ausgeläppten Zahnflanken, also zur Erkennung von Oberflächenbeschädigungen an der zu prüfenden Zahnflanke, geeignet ist. Eine solche Prüfmethode ist als eine erste Prüfmethode anwendbar.
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Dabei beruht diese erste optische Prüfmethode darauf, dass sich ausgeläppte Zahnflanken durch eine hellere und lichtreflektierende Oberfläche auszeichnen, diese können durch die entsprechende Prüfmethode erkannt werden. Für die Erkennung derartiger Fehler wird vorgeschlagen dass,
- 1. mittels eines Filters Objektdetails der Zahnflanke hervorgehoben (Unsharp Masking),
- 2. das Bild in ein Grauwertbild transformiert,
- 3. Löcher (ein Gebiet mit dunklen Pixeln umgeben von helleren Pixeln) ausgefüllt,
- 4. Rauschen durch eine Medianfilterung verringert,
- 5. ein Binärbild mittels des Segmentierungsverfahrens mit adaptiver Schwellwertmethode erzeugt,
- 6. das Binärbild auf den entsprechenden zu untersuchenden Bereich (in diesem Fall Zahnflanke) reduziert,
- 7. kleine Ausreißer der gefunden Fläche werden heraus gefiltert,
- 8. und so die Fläche des Läppbereiches identifiziert
wird.
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In einem weiteren Verfahrensschritt sind die so bearbeiteten Bilddaten mit einem Soll-Bereich für die Feinbearbeitung, insbesondere dem Soll-Läppbereich vergleichbar. Dieser Vergleich kann insbesondere in Form einer Differenzbildung oder Bildung einer Verhältniszahl erfolgen. Abschließend ist das Vergleichsergebnis mit einem Schwellwert vergleichbar wird dieser Schwellwert erreicht oder unterschritten so wird die Zahnflanke als nicht ausgeläppt definiert.
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Mit den aufgenommenen Bilddaten sind auch weitere Fehler der Zahnflanken beurteilbar. Bei sogenannten Fressern handelt es sich im Sinne der Erfindung um Punktabdrücke durch Materialablagerungen und Materialabtragungen oder -ausbrüchen auf der Oberfläche der Zahnflanken. Um diese zu detektieren wird eine weitere optische Prüfmethode vorgeschlagen, welche ebenfalls auf Bilddaten basiert, welche vorzugsweise vor (erste optische Prüfmethode) oder bevorzugt nach (zweite optische Prüfmethode) dem Auftragen der Prüfmediumsschicht, insbesondere des Tragbildlacks, erfasst sind. Für diese Prüfmethode wird vorgeschlagen dass,
- 1. mittels eines Filters Objektdetails der Zahnflanke hervorgehoben (Unsharp Masking),
- 2. das Bild in ein Grauwertbild transformiert,
- 3. Rauschen durch eine Medianfilterung verringert,
- 4. ein Binärbild mittels des Segmentierungsverfahrens mit adaptiver Schwellwertmethode erzeugt,
- 5. das Binärbild auf den entsprechenden zu untersuchenden Bereich (in diesem Fall Zahnflanke) reduziert,
- 6. kleine Ausreißer heraus gefiltert,
- 7. und so die die Schadstelle bestimmt
wird.
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Ist die Fläche der mit dieser Prüfmethode bestimmten Schadstelle größer als ein vorgebbarer Schwellenwert, ist diese Schadstelle als ein Fresser auf der Zahnflanke identifizierbar.
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Bisherige optische Prüfverfahren zur Auswertungen des Tragbildes, wie diese beispielsweise in der
DE 10 2009 023 722 A1 vorgeschlagen sind, basieren darauf, aus dem aufgenommen Farbbild-Bilddaten ein Grauwertbild zu Erzeugen und mittels eines bekannten Segmentierungsverfahrens mit globaler Schwellwertmethode ein Binärbild zu generieren. Dieses Binärbild ist zur Auswertung und Beurteilung des Tragbildes nutzbar.
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Für die zweite optische Prüfmethode, welche vorzugsweise als einzige Prüfmethode auf der Getriebeprüfvorrichtung ausgeführt wird, also die Prüfmethode die angewendet wird, nach dem eine Prüfmediumsschicht auf die Zahnflanken aufgetragen wurde, wird, insbesondere um ein qualitativ hochwertigeres Binärbild des Tragbildes zu erhalten, die Verwendung eines Segmentierungsverfahrens mit aktiver Kontur der Zahnflanken vorgeschlagen. Das Prüfmedium beziehungsweise die Prüfmediumsschicht kann also sogenannter Tragbildlack beziehungsweise Tragbildlackschicht verstanden werden.
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Bei der zweiten optischen Prüfmethode wird die Objektkontur, insbesondere durch eine in einem Optimierungsverfahren bestimmte oder eine vorgebbare parametrische Kurve beschrieben und so ist die Fläche des Tragbildes genauer definierbar.
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Das so erzeugte Ist-Bild wird dann vorzugsweise mit Soll-Kriterien, beispielsweise einer Mindesttragbildgröße, einer bestimmten Schwerpunktlage des Tragbilds oder weiteren geometrischen minimalen beziehungsweise maximalen Erstreckungen verglichen. Insbesondere durch derartige Vergleiche kann auf eventuelle Fehler des Tragbildes geschlossen werden. Insbesondere umfasst ein derart erfasstes Tragbild des Zahnradgetriebes sämtliche Abweichungen, insbesondere also auch mögliche Fehler beim Einbau der Zahnräder in das Getriebegehäuse. Durch eine solche Prüfung des Zahnradgetriebes als Ganzes ist die Qualität daher steigerbar.
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Vorzugsweise ist durch die Getriebeprüfvorrichtung ein erfinderischer Fertigungsprozess ermöglicht, welcher eine Steigerung der Qualität der zu fertigenden Zahnradgetriebe ermöglicht. Dabei umfasst ein solcher Prozess folgende Schritte, welche vorzugsweise in der vorgegebenen Reihenfolge und besonderes bevorzugt unmittelbar aufeinanderfolgenden ausgeführt werden:
- – Bereitstellen eines Zahnradpaares, insbesondere mit gekreuzten Achsen,
- – Ermitteln einer Solleinbaulage dieses Zahnradpaares im Getriebegehäuse,
- – Montieren des Zahnradpaars im Getriebegehäuse und damit erstellen des Zahnradgetriebes,
- – Aufnehmen des Zahnradgetriebes auf der Getriebeprüfvorrichtung,
- – Durchführen einer optischen Prüfmethode, vorzugsweise zumindest einer der zuvor genannten beiden Prüfmethoden und bevorzugt der zweiten optischen Prüfmethode,
- – Bewerten der Messergebnisse aus der durchgeführten optischen Prüfmethode und gegebenenfalls Überarbeiten des geprüften Zahnradgetriebes.
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Vorzugsweise ist unter dem Überarbeiten des geprüften Zahnradgetriebes zu verstehen, dass die Ist-Position des Zahnradpaares oder wenigstens eines der Zahnräder dieses Zahnradpaares verändert wird. Vorzugsweise wird bei diesem Überarbeiten wenigstens eines der Zahnräder, vorzugsweise beide, entlang seiner Rotationsachse, also in axialer Richtung verschoben.
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Im Sinne der Erfindung ist unter einem Referenztragbild ein experimentell oder rechnerische ermitteltes Tragbild zu verstehen, welches als Vergleichsbasis für ein Tragbild herangezogen wird, welches in der Istposition der Zahnräder im Getriebegehäuse aufgenommen ist. Bei einem Vergleich des Tragbildes der Zahnräder in der Istposition mit dem Referenztragbild kann so eine Abweichung zu einem experimentell oder rechnerisch ermittelten Idealzustand bestimmt werden.
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Wird ein Tragbild, welches in der Istposition der Zahnräder im Getriebegehäuse aufgenommen ist, mit einem Tragbild verglichen, welches erfasst wurde, bevor die Zahnräder in das Getriebegehäuse eingesetzt wurden, vorzugsweise also ein auf einer Laufprüfmaschine erfasstes Tragbild, ist es durch diesen Vergleich ermöglicht, eine Abweichung festzustellen und/oder zu bewerten, welche durch einen Einbaufehler oder anderen Unregelmäßigkeiten verursacht sind, welche nicht in der Verzahnung der Zahnräder also solche begründet sind.
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Bevorzugte Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind in den nachfolgend dargestellten Figuren in teilweise schematisierter Art und Weise dargestellt.
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Dabei zeigt:
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1: eine schematisierte Ansicht einer Getriebeprüfeinrichtung mit daruaf aufgenommenen zu prüfenden Zahnradgetriebe,
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2: einen exemplarischen Verfahrensablauf.
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In 1 ist eine schematisierte Getriebeprüfvorrichtung mit einem darauf aufgenommenen zu prüfenden Zahnradgetriebe 1 dargestellt. In dem Zahnradgetriebe 1 sind die beiden Zahnräder 5a und 5b (Zahnradpaar) auf den Getriebewellen 9a und 9b aufgenommen und mittels dieser drehbar im Getriebegehäuse 10 gelagert. Im Zahnradgetriebe 1 sind die Getriebewellen 9a und 9b in einem 90° Winkel angeordnet, dieses weist also gekreuzte Achsen auf.
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Das Getriebegehäuse 10 weist die Montageöffnung 8 auf, durch welche Bilddaten mittels der Kamera 6 und der dieser zugeordneten Beleuchtungseinrichtung 7 von den Zahnflanken der Zahnräder 5a, 5b aufgenommen werden. Zum Aufnehmen dieser Bilddaten, also insbesondere zum Aufnehmen des Tragbildes, wird auf die Zahnflanken eines der Zahnräder 5a, 5b Tragbildlack als Prüfmediumsschicht aufgetragen.
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Das Zahnradgetriebe 1 ist über dessen Getriebegehäuse 10 und die Aufnahmeeinrichtung 2 auf der Getriebeprüfvorrichtung aufgenommen. Mittels der Antriebswelle 4 der Getriebeprüfmaschine wird der Getriebewelle 9a eine Antriebsdrehzahl aufgeprägt. Über die Abtriebswelle 3 der Getriebeprüfvorrichtung wird ein Bremsdrehmoment auf das Zahnradpaar 5a, 5b aufgeprägt, so dass der zuvor aufgetragene Tragbildlack abgetragen wird und damit ein Tragbild ermittelt wird.
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Die Drehstellung der Zahnräder 5a und 5b wird über den berührungslosen Positionssensor 8, welcher die Drehstellung dieser ermittelt, festgestellt.
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In 2 ist ein exemplarischer Verfahrensablauf für ein Verfahren zum Prüfen eines Zahnradgetriebes auf der beschriebenen Getriebeprüfvorrichtung dargestellt.
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Im ersten Verfahrensschritt V1 wird ein gefertigtes Zahnradpaar bereitgestellt. Auf einer Laufprüfmaschine wird im zweiten Verfahrensschritt V2, die Sollposition für den Einbau des Zahnradpaares mit einer optischen Prüfmethode im Getriebegehäuse bestimmt. Im dritten Verfahrensschritt V3 wird das Zahnradpaar möglichst in der zuvor ermittelten Sollposition in das Getriebegehäuse eingesetzt, dabei kommt es allerdings zu unvermeidbaren Abweichungen, so dass das Zahnradpaar an einer von der Sollposition abweichenden Istposition im Getriebegehäuse eingebaut ist.
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Nach dem Einbauen des Zahnradpaares wird im vierten Verfahrensschritt V4 das Zahnradgetriebe auf der Getriebeprüfvorrichtung in der Aufnahmeeinrichtung aufgenommen und fixiert. Das Ermitteln der Tragbildlage und -größe in der Istposition des Zahnradpaares im Getriebegehäuse wird im fünften Verfahrensschritt V5 ausgeführt. Dabei wird eines der Zahnräder durch die Getriebeprüfvorrichtung angetrieben und das andere abgebremst um ein Prüfdrehmoment zum Erzeugen des Tragbilds auf das Zahnradpaar aufzubringen.
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Weiter wird im fünften Verfahrensschritt V5 das für die Istposition der Zahnräder im Getriebegehäuse ermittelte Tragbild bewertet, dazu wird es mit Solltragbildern beziehungsweise Solltragbildparametern, wie vorzugsweise Tragbildgröße, -lage, -form, verglichen.
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Für den Fall, dass eine zu große Abweichung zwischen dem ermittelten Tragbild für die Istposition und die Sollposition oder der Tragbildparameter im Verfahrensschritt V5 ermittelt wurde, wird im sechste Verfahrensschritt V6 eine korrigierte Einbaulauge für das Zahnradpaar bestimmt und die Zahnräder werden entsprechend dieser ermittelten Sollposition neu im Getriebegehäuse positioniert und die Getriebeprüfung wird mit dem Verfahrensschritt V4 fortgesetzt.
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Wird im fünften Verfahrensschritt V5 hingegen keine zu starke Abweichung festgestellt, kann der Prüfvorgang beendet werden und das Zahnradgetriebe wird als in Ordnung (i. O.) gekennzeichnet.
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Durch dieses Verfahren ist eine Qualitätssteigerung der Zahnradgetriebe erreichbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2006/0029257 A1 [0001, 0005]
- US 2007/00558854 A1 [0005]
- US 5373735 A [0005]
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