-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kontrolle einer Oberfläche eines sphärischen Körpers, vorzugsweise eines Wälzkörpers. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Oberflächenprüfung unter Verwendung dieser Vorrichtung.
-
Aus der
DE 102 35 964 B3 geht eine Vorrichtung und ein Verfahren zur visuellen Kontrolle von Kugeloberflächen hervor. Die Vorrichtung ist dazu vorgesehen, eine Kugel auf definierten Abrollspuren abzurollen, und umfasst dazu eine schräge Deckplatte über eine Abrollplatte, die auf zwei Führungen montiert ist, und auf der ein Handgriff befestigt ist, mit dessen Hilfe die Abrollplatte in der Ebene bewegt werden kann. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Kulisse an deren Innenkanten entlang der Handgriff bewegt werden kann und zwei Anlageflächen, die mittels Längsführungen an der Deckplatte befestigt sind und die in geschlossenem Zustand zwei Seiten eines Dreiecks ausbilden, in dem sich die Kugel beim Abrollvorgang befindet, wobei die schräge Anordnung der Deckplatte und damit der Abrollplatte gewährleistet, dass die Kugel in der Abrollposition verbleibt.
-
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur visuellen Kontrolle einer Oberfläche eines sphärischen Körpers bereitzustellen, mit deren Hilfe es möglich ist, einhändig bzw. über lediglich einen Aktuator die gesamte Oberfläche durch eine im Wesentlichen fixierte Kontrolleinheit manuell, visuell oder automatisch, beispielsweise durch Kamera oder Sichtkontrolle, mit geringem Zeitbedarf zuverlässig zu kontrollieren. Ferner soll ein entsprechendes Verfahren bereitgestellt werden.
-
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 10.
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst einen im Wesentlichen vertikal angeordneten Dorn und zwei im Wesentlichen horizontal angeordnete Dorne zur Positionierung und Drehung des sphärischen Körpers, um die Oberfläche des sphärischen Körpers im Wesentlichen visuell zu kontrollieren. Mit anderen Worten ist eine visuelle Kontrolle der Oberfläche des sphärischen Körpers maschinell oder manuell durchführbar. Unter sphärischen Körpern sind insbesondere Wälzkörper jeglicher Art zu verstehen, vorzugsweise Wälzkörper für Kugellager oder Zylinderrollenlager.
-
Wenn sich die nachfolgende Beschreibung auf einen „horizontal angeordneten Dorn“ oder auf einen „vertikal angeordneten Dorn“ bezieht, so ist dabei stets eine Ausgestaltung als „im Wesentlichen horizontal angeordneter Dorn“ bzw. als „im Wesentlichen vertikal angeordneter Dorn“ mit umfasst.
-
Die Kontrolle der Oberfläche des sphärischen Körpers kann automatisiert mittels einer Kamera oder manuell von einer Person, vorzugsweise mittels eines Mikroskops durchgeführt werden. Unter einer manuellen Kontrolle versteht man, dass im Wesentlichen eine Person die Oberfläche des sphärischen Körpers ohne oder mit Hilfe des Mikroskops kontrolliert.
-
Der sphärische Körper wird dabei manuell mit Hilfe eines vertikal angeordneten Dorns und zweier horizontal angeordneter Dorne positioniert und gedreht und durch die Person begutachtet und bewertet. Alternativ kann die Kontrolle der Oberfläche des sphärischen Körpers auch mittels Kamera durchgeführt werden. Vorteilhaft dabei ist, dass die Kontrolle sowohl manuell durch eine Person als auch automatisch durch eine Steuervorrichtung, beispielsweise mittels einem Algorithmus, durchführbar ist. Besonders vorteilhaft bei der automatisierten Kontrolle ist die Reduzierung der Prüfungsdauer pro Wälzkörper.
-
Die horizontal angeordneten Dorne sind dergestalt angeordnet, dass der sphärische Körper zwischen diesen geklemmt wird und um eine den beiden Dornen gemeinsame horizontale Achse um 360 Grad gedreht wird. Währenddessen erfolgt eine Oberflächenkontrolle durch ein räumlich im Wesentlichen fixiertes Auge, das auf einen umlaufenden streifenförmigen Bereich gerichtet ist.
-
Anschließend wird derselbe Körper auf dem vertikal angeordneten Dorn um einige Grad um seine Vertikale Achse gedreht und anschließend wieder der umlaufenden Kontrolle unterzogen. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass jeder Punkt der Oberfläche mindestens einmal der Kontrolle ausgesetzt ist.
-
Vorzugsweise ist der jeweilige Dorn zumindest an einer jeweiligen Spitze, die an dem sphärischen Körper zur Anlage kommt, zylindrisch ausgebildet. Abgesehen von der Spitze kann der restliche Dorn dabei auch eckig ausgebildet sein. Bevorzugt ist der jeweilige Dorn über die gesamte axiale Länge zylindrisch ausgebildet.
-
Ferner bevorzugt ist an der Spitze des jeweiligen Dorns eine Ausnehmung zur teilweisen Aufnahme des sphärischen Körpers ausgebildet. Die jeweilige Ausnehmung ist dafür vorgesehen, eine ringförmige Anlagefläche zur teilweisen Aufnahme des sphärischen Körpers auszubilden. Mit anderen Worten kann der sphärische Körper bei der Anlage an der Spitze des jeweiligen Dorns teilweise in die Ausnehmung eindringen und somit an der ringförmigen Stirnseite vollumfänglich anliegen.
-
Weiterhin bevorzugt ist die jeweilige Ausnehmung kegelförmig ausgebildet. Die kegelförmige Ausbildung der Ausnehmung ist vorteilhaft, wenn verschiedene sphärische Körper mit unterschiedlichen Abmessungen zu kontrollieren sind. Auch besonders kleine sphärische Körper mit geringen Durchmessern liegen durch die kegelförmige Ausnehmung immer ringförmig an der Spitze des jeweiligen Dorns an. Es können ebenso zylindrische oder kegelstumpfförmige Ausnehmungen in weiteren Ausführungsformen ausgebildet werden.
-
Der vertikal angeordnete Dorn ist um die eigene Achse über zumindest einen Teilwinkelbereich drehbar gelagert. In einer bevorzugten Ausführungsform ist er überdies entlang seiner Längsachse translatorisch bewegbar - dies weiterhin vorzugsweise unter Beaufschlagung mit einer Federkraft.
-
Die horizontal angeordneten Dorne sind auf einer gemeinsamen Achse und gegenüberliegend zueinander angeordnet, translatorisch (beispielsweise durch ein Gewinde) bewegbar und um die gemeinsame horizontale Achse drehbar gelagert. Mithin werden die Dorne verwendet, um den sphärischen Körper zu positionieren, zu verspannen und zu drehen.
-
Der im Wesentlichen vertikal angeordnete Dorn liegt vorzugsweise räumlich unterhalb des sphärischen Körpers und ist dazu vorgesehen, im Wesentlichen die Positionierung des sphärischen Körpers durch Drehung um die eigene Achse durchzuführen.
-
Vorzugsweise ist er auch dazu vorgesehen, eine translatorische Bewegung des sphärischen Körpers durchzuführen. Dies ist zu betrachten als ein Anheben des sphärischen Körpers auf die Achslage, die durch die horizontalen Dorne gestellt wird.
-
Ein erster horizontal angeordneter Dorn zur Verspannung des sphärischen Körpers weist mindestens ein Federelement auf. Das Federelement ist im Wesentlichen als Druckfeder zu verstehen und dafür vorgesehen, den sphärischen Körper zwischen den jeweiligen Dornen zu verspannen und durch eine gemeinsame Rotation der beiden horizontal angeordneten Dorne die Ausrichtung der Oberfläche des sphärischen Körpers zu kontrollieren.
-
Das Federelement ist im Wesentlichen als Druckfeder zu verstehen und dafür vorgesehen, den sphärischen Körper zwischen den jeweiligen Dornen zu verspannen und durch eine gemeinsame Rotation der beiden horizontal angeordneten Dorne die Ausrichtung der Oberfläche des sphärischen Körpers zu kontrollieren.
-
Dieser erste horizontal angeordnete Dorn ist ferner mit dem zweiten horizontal angeordneten Dorn dergestalt über ein Verbindungsmodul verbunden, dass eine translatorische Bewegung des ersten horizontal angeordneten Dorns eine gegengerichtete translatorische Bewegung des zweiten horizontal angeordneten Dorns bedingt. Hierfür weist das Verbindungsmodul einen vertikalen Verbindungshebel auf, der mit dem ersten horizontal angeordneten Dorn dergestalt verbunden ist, dass er zu diesem im Wesentlichen senkrecht unter Beaufschlagung einer Federkraft verschiebbar angeordnet ist.
-
Der vertikale Verbindungshebel ist starr mit einem horizontalen Verbindungshebel an dessen einem Ende verbunden, der damit im Wesentlichen parallel zu den beiden horizontalen Dornen unterhalb dieser und unterhalb des sphärischen Körpers verläuft. Der horizontale Verbindungshebel kreuzt daher die senkrechte Achse des vertikalen Dorns, der sich durch eine Ausnehmung in dem horizontalen Verbindungshebel durch diesen hindurch vertikal erstreckt. Diese Ausnehmung ist als Langloch ausgebildet, so dass sich der horizontale Verbindungshebel entlang seiner Längsachse bewegen kann.
-
Das andere Ende des horizontalen Verbindungshebels ist gelenkig mit einem Ende eines Klapphebels verbunden, dessen anderes Ende wiederum längenverschiebbar - beispielsweise durch ein Langloch - mit dem zweiten horizontalen Dorn gelenkig verbunden ist. Die gelenkige Verbindung zwischen dem horizontalen Verbindungshebel und dem Klapphebel kann ebenfalls durch ein Langloch ausgebildet sein.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der vertikale Verbindungshebel mit dem ersten horizontalen Dorn dergestalt verbunden, dass seine Bewegung relativ zum horizontalen Dorn entlang dessen Längsrichtungen durch beidseitig angeordnete Federelemente abgestützt ist. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen diese Federelemente eine unterschiedliche Federkraft auf. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist dabei die Federkraft k1 des dem sphärischen Körper zugewandten Federelements kleiner als die Federkraft k2 des dem sphärischen Körper abgewandten Federelements.
-
Wird der erste horizontal angeordnete Dorn vom sphärischen Körper wegbewegt, so ist es vorteilhaft, dass k1 kleiner als k2 ist, weil damit bei aktiver Bewegung nur des ersten horizontalen Dorns in die dem sphärischen Körper abgewandte Richtung das gleichzeitige Lösen der Spitzen 11 vom sphärischen Körper bewirkt werden kann, sofern die Längenverhältnisse der horizontalen Dorne und der Komponenten des Verbindungsmoduls auf die beiden Federkräfte abgestimmt sind.
-
Ferner weist der vertikal angeordnete Dorn mindestens einen Drehstift auf, der durch die Ausnehmung bzw. durch das Langloch in dem horizontalen Verbindungshebel bewegt werden kann, so dass der horizontale Verbindungshebel bei seiner Längsverschiebung gleichzeitig eine Teildrehung des vertikal angeordneten Dorns verursacht.
-
Der vertikal angeordnete Dorn kann ebenfalls ein Federelement aufweisen, wobei dieses Federelement vorzugsweise dafür vorgesehen ist, den vertikal angeordneten Dorn translatorisch zu positionieren und diesen in der gewählten Position zu halten. Weiter kann der vertikal angeordnete Dorn ein Gewinde aufweisen, um diesen bei der rotatorischen Bewegung gleichzeitig translatorisch zu bewegen.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die horizontal angeordneten Dorne dergestalt ausgebildet und angeordnet, dass bei einem Spannvorgang gleichzeitig der sphärische Körper minimal angehoben und damit vom vertikalen Dorn abgehoben wird. Hierfür liegt die gemeinsame horizontale Achse geringfügig über der horizontalen Achse des sphärischen Körpers, die dieser aufweist, wenn er auf dem vertikalen Dorn aufliegt. Hierdurch greifen die unteren Bereiche der Dorne etwas vor den oberen Bereichen. Bei geeigneter Ausbildung dieser unteren Bereiche wird damit der Körper minimal angehoben bis er sich symmetrisch zwischen den horizontalen Dornen befindet. Hierdurch erfolgt ein geringfügiges Abheben vom vertikal angeordneten Dorn, wodurch der vertikale Dorn (über den Drehstift am horizontalen Verbindungshebel) wieder in seine Ausgangsposition zurückgedreht werden kann, ohne dabei den Körper mit zurück zu drehen.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verbindungsmodul zweiteilig ausgebildet. Dabei stellt der erste Teil die Verbindung zwischen den horizontal angeordneten Dornen dar. Der zweite Teil bildet den Antrieb des Drehstifts.
-
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur visuellen Kontrolle der Oberfläche des sphärischen Körpers wird der sphärische Körper auf dem vertikal angeordneten Dorn abgelegt. Der sphärische Körper wird anschließend zwischen den zwei horizontal angeordneten Dornen dadurch verspannt, dass der erste horizontal angeordnete Dorn in Richtung des sphärischen Körpers bewegt wird.
-
Über ein Stellelement kann der erste horizontal angeordnete Dorn entlang der horizontalen Achse bewegt werden und um diese gedreht werden. Der zweite horizontal angeordnet Dorn ist drehbar gelagert und wird bei verspanntem sphärischen Körper mitgedreht sobald der erste horizontal angeordnete Dorn gedreht wird.
-
Der sphärische Körper wird um 360° gedreht und gleichzeitig kontrolliert, bis die Ausgangsposition wieder erreicht wird. Dabei wird ein Sichtstreifen der Oberfläche des sphärischen Körpers vollumfänglich auf Fehlstellen kontrolliert. Unter Fehlstellen sind im Wesentlichen Risse, Unebenheiten, Ausbrüche, schwankende Rauigkeiten, geometrische Abweichungen oder andere Fehler zu verstehen. Nach der Kontrolle eines Sichtstreifens wird die Verspannung des sphärischen Körpers wieder gelöst.
-
Dieser Vorgang wird so oft wiederholt, bis der gesamte sphärische Körper betrachtet wurde. Neben einer visuellen Kontrolle der Oberfläche ist auch eine Kontrolle des gesamten Volumens des sphärischen Körpers denkbar. Hierzu kann die Vorrichtung beispielsweise in Wasser betrieben werden, wobei der sphärische Körper mittels Ultraschallwellen auf innere Lunker und Poren untersucht werden kann. Des Weiteren sind auch weitere Verfahren, wie das Wirbelstromverfahren zur zerstörungsfreien Kontrolle des sphärischen Körpers denkbar.
-
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt, wobei gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es zeigen
- 1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
- 2 eine schematische Draufsicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 1
- 3 eine Vergrößerung aus 1 zur genaueren Darstellung des vertikalen Dorns
- 4 eine Vergrößerung aus 1 zur genaueren Darstellung des ersten horizontalen Dorns
- 5 die Anordnung der horizontalen Dorne vor dem Anheben des sphärischen Körpers und
- 6 die Anordnung der horizontalen Dorne nach dem Anheben des sphärischen Körpers.
-
Dabei zeigt 1 einen im Wesentlichen vertikal angeordneten Dorn 5 und zwei im Wesentlichen horizontal angeordnete Dorne 6, 7 zur Positionierung und Drehung des sphärischen Körpers 3, um die Oberfläche 2 des sphärischen Körpers 3. Dargestellt ist hier eine Kugel als sphärischer Körper. Der erste horizontal angeordnete Dorn 6 weist zwei Federelemente 91, 92 auf. Der zweite horizontal angeordnete Dorn 7 weist einen Anschlag 14 zur Begrenzung seiner horizontalen Bewegung auf.
-
Die Kontrolle der Oberfläche 2 des sphärischen Körpers 3 kann automatisiert mittels einer Kamera oder manuell von einer Person, vorzugsweise mittels eines Mikroskops durchgeführt werden. Unter einer manuellen Kontrolle versteht man, dass im Wesentlichen eine Person die Oberfläche des sphärischen Körpers ohne oder mit Hilfe des Mikroskops mit ihrem Auge 10 kontrolliert.
-
Die horizontal angeordneten Dorne 6, 7 sind dergestalt angeordnet, dass der sphärische Körper 3 zwischen diesen geklemmt wird und um eine den beiden Dornen 6, 7 gemeinsame horizontale Achse 12 um 360 Grad gedreht wird. Währenddessen erfolgt eine Oberflächenkontrolle durch ein räumlich im Wesentlichen fixiertes Auge 10, das auf einen umlaufenden streifenförmigen Bereich gerichtet ist.
-
Anschließend wird derselbe sphärische Körper 3 auf dem vertikal angeordneten Dorn 5 um einige Grad um seine vertikale Achse gedreht und anschließend wieder der umlaufenden Kontrolle unterzogen. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass jeder Punkt der Oberfläche mindestens einmal der Kontrolle ausgesetzt ist.
-
Die Dorne sind an ihrer jeweiligen Spitze 11, die an dem sphärischen Körper 3 zur Anlage kommt, zylindrisch ausgebildet. In 1 ist schematisch eine Ausnehmung 8 an jeder Spitze 11 angedeutet, die eine Trichterform bzw. Kegelform aufweist. Die jeweilige Ausnehmung 8 bildet eine ringförmige Anlagefläche zur teilweisen Aufnahme des sphärischen Körpers.
-
Der vertikal angeordnete Dorn 5 ist um seine Längsachse Achse über einen Teilwinkelbereich (bzw. Teildrehungswinkel 26, dargestellt in 2) drehbar gelagert. Er ist überdies entlang seiner Längsachse translatorisch unter Beaufschlagung der Federkraft des vertikalen Federelements 93 bewegbar.
-
Der erste horizontal angeordneter Dorn 6 weist ein erstes horizontales Federelement 91 mit einer Federkraft k1 und ein zweites horizontales Federelement 92 mit einer Federkraft k2 auf.
-
Dieser erste horizontal angeordnete Dorn 6 ist mit dem zweiten horizontal angeordneten Dorn 7 über ein Verbindungsmodul 20 verbunden. Dieses Verbindungsmodul 20 umfasst einen vertikalen Verbindungshebel 21, einen horizontalen Verbindungshebel 22 und einen Klapphebel 24.
-
Der horizontale Verbindungshebel 22 kreuzt die senkrechte Achse des vertikalen Dorns 5, der sich durch eine Ausnehmung in dem horizontalen Verbindungshebel 22 durch diesen hindurch vertikal erstreckt. Diese Ausnehmung ist als Langloch ausgebildet, so dass sich der horizontale Verbindungshebel entlang seiner Längsachse bewegen kann. Die Ausnehmung wird daher als Verschiebungslangloch 23 bezeichnet.
-
Das andere Ende des horizontalen Verbindungshebels 22 ist gelenkig mit einem Ende des Klapphebels 24 verbunden, dessen anderes Ende wiederum längenverschiebbar mit dem zweiten horizontalen Dorn 7 über ein Klapplangloch 25 gelenkig über ein Drehgelenk 15 verbunden ist. Die gelenkige Verbindung zwischen dem horizontalen Verbindungshebel 22 und dem Klapphebel 24 ist durch ein Klapplangloch ausgebildet.
-
Der vertikale Verbindungshebel grenzt beidseits seiner Verbindung mit dem ersten horizontalen Dorn 6 an ein erstes Federelement 91 und an ein zweites Federelement 92.
-
Über das Stellelement kann der erste horizontal angeordnete Dorn (6) entlang der horizontalen Achse 12 bewegt werden und um diese gedreht werden.
-
Der vertikal angeordnete Dorn 5 weist ein vertikales Federelement 93 auf, das diesen translatorisch positionieren und halten kann.
-
Nicht dargestellt ist die beschriebene zweiteilige Ausführung des Verbindungsmoduls 20.
-
2 zeigt eine Draufsicht auf die in 1 dargestellte Anordnung. Der vertikal angeordnete Dorn 5 weist einen Drehstift 27 auf, der durch die Ausnehmung bzw. durch das Verschiebungslangloch 23 in dem horizontalen Verbindungshebel 22 bewegt werden kann, so dass der vertikal angeordnete Dorn 5 bei Längsverschiebung des horizontalen Verbindungshebels 22 eine Drehung um den Teildrehungswinkel 26 vollzieht.
-
3 zeigt eine Vergrößerung aus 1 zur genaueren Darstellung des vertikalen Dorns 5. Der Drehstift 27 ist in dieser Darstellung mittig positioniert. Das Gestell 13 ist im Schnitt dargestellt, um beispielhaft das Gewinde 16 des Dorns zu zeigen.
-
4 zeigt eine Vergrößerung aus 1 zur genaueren Darstellung des ersten horizontalen Dorns 6 und der Anordnung des vertikalen Verbindungshebels 21 zwischen dem ersten horizontalen Federelement 91 und dem zweiten horizontalen Federelement 92.
-
Die 5 zeigt, wie der sphärische Körper 3 auf dem vertikal angeordneten Dorn 5 ruht. Die beiden horizontal angeordneten Dorne 6 und 7 nähern sich dem sphärischen Körper 3, wobei dessen horizontale Achse leicht unter der horizontalen Achse der Dorne liegt. Dadurch treffen die Dorne zunächst mit ihrem unteren Bereich auf den Umfang des sphärischen Körpers 3, so dass dieser bei weiterem Zusammenschieben der Dorne geringfügig angehoben wird bis die beiden horizontalen Achsen auf einander liegen. Dieser Endzustand nach dem Anheben ist in 6 dargestellt.
-
Bei geeigneter Ausbildung der unteren Bereiche der Spitzen 11 wird damit der sphärische Körper 3 allein durch das Zusammenschieben der horizontal angeordneten Dorn 6, 7 minimal angehoben.
-
Alternativ kann der sphärische Körper durch das in 3 dargestellte Gewinde 16 angehoben werden. Es ist also möglich, dass mit der rotatorischen Bewegung des vertikal angeordneten Dorns 5 dieser über das Gewinde 16 auch in vertikaler Richtung bewegt wird.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Vorrichtung
- 2
- Oberfläche
- 3
- sphärischer Körper
- 4
- Stellelement
- 5
- vertikal angeordneter Dorn
- 6
- erster horizontal angeordneter Dorn
- 7
- zweiter horizontal angeordneter Dorn
- 8
- Ausnehmung
- 10
- Auge
- 11
- Spitze
- 12
- horizontale Achse
- 13
- Gestell
- 14
- Anschlag
- 15
- Drehgelenk
- 16
- Gewinde
- 20
- Verbindungsmodul
- 21
- vertikaler Verbindungshebel
- 22
- horizontaler Verbindungshebel
- 23
- Verschiebungslangloch
- 24
- Klapphebel
- 25
- Klapplangloch
- 26
- Teildrehungswinkel
- 27
- Drehstift
- 91
- erstes horizontales Federelement
- 92
- zweites horizontales Federelement
- 93
- vertikales Federelement
-
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
-
