DE102018123461A1

DE102018123461A1 - Verfahren und Messvorrichtung zum Bestimmen der Krümmung einer gekrümmten Oberfläche eines Objekts

Info

Publication number: DE102018123461A1
Application number: DE102018123461.9A
Authority: DE
Inventors: Thomas Kessler; Peter Groche; Dominik Huttel
Original assignee: Technische Universitaet Darmstadt
Current assignee: Technische Universitaet Darmstadt
Priority date: 2018-09-24
Filing date: 2018-09-24
Publication date: 2020-03-26

Abstract

Bei einem Verfahren zum Bestimmen des Krümmungsradius einer gekrümmten Oberfläche (2) eines Objektes mit einer Messvorrichtung (1), wobei die Messvorrichtung (1) eine Winkelveränderungsmesseinrichtung 16, zwei in einer Messrichtung beabstandet zueinander angeordnete Anlageelemente (5, 6) und eine Weglängenmesseinrichtung (15) aufweist, wird die Messvorrichtung (1) längs eines Messwegs von einem Startpunkt (17) zu einem Endpunkt (18) in der Messrichtung so über die gekrümmte Oberfläche (2) verlagert, dass die beiden Anlageelemente (5, 6) an der gekrümmten Oberfläche (2) anliegen. Mit der Weglängenmesseinrichtung (15) wird eine Messweglänge zwischen dem Startpunkt (17) und dem Endpunkt (18) ermittelt. Ein sich entlang des Messwegs von dem Startpunkt (17) zu dem Endpunkt (18) erstreckender Mittelpunktswinkel wird anhand der sich verändernden Ausrichtung der Messvorrichtung (1) entlang des Messwegs erfasst. Aus der erfassten Messweglänge und dem erfassten Mittelpunktswinkel wird kontinuierlich der Krümmungsradius bestimmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Krümmung einer gekrümmten Oberfläche eines Objekts. Die Erfindung betrifft auch eine Messvorrichtung, mit welcher das erfindungsgemäße Messverfahren durchgeführt werden kann.
In den verschiedensten Anwendungsbereichen besteht oftmals das Bedürfnis, bei Objekten mit einer gekrümmten Oberfläche deren Krümmung entlang einer vorgegebenen Linie oder von der Krümmung ableitbare Kenngrößen der gekrümmten Oberfläche zu bestimmen, um beispielsweise Herstellungsprozesse für derartige Objekte steuern oder regeln zu können, oder um Qualitätskontrollen bezüglich der gekrümmten Oberfläche der einzelnen Objekte durchführen zu können. Gebogene Profile, auf die im Folgenden beispielhaft für Objekte mit gekrümmten Oberflächen näher eingegangen wird, kommen in vielen technischen Bereichen wie beispielsweise dem Schienenbau, dem Schiffsbau, Flugzeugbau und Fahrzeugbau sowie in dem Hoch- und Tiefbau vor. Dabei können gebogene Profile häufig eine Alternative zu herkömmlichen geschweißten oder verschraubten Metallkonstruktionen bieten.
Ein aus der Praxis bekanntes Biegeverfahren zur Herstellung von gebogenen Profilen aus geraden Profilhalbzeugen ist das Drei-Rollen-Biegen, mit welchem mit einfachen Werkzeugen eine Vielzahl an Profilkonturen mit verschiedenen Profilquerschnitten gebogen werden können.
Bei der Herstellung gebogener Profile kommt es oftmals zu Abweichungen von der angestrebten Profilkrümmung, die unter anderem durch eine Rückfederung des Profils nach dem Biegeprozess oder durch schwankende Halbzeugeigenschaften verursacht werden können. In vielen Anwendungsbereichen werden jedoch gebogene Profile benötigt, deren tatsächliche Krümmung mit einer möglichst hohen Genauigkeit einer vorgegebenen Krümmung bzw. bei einer konstanten Krümmung einem vorgegebenen Krümmungsradius entsprechen.
Aus der Praxis sind verschiedene Messmethoden bekannt, mit denen eine üblicherweise über einen Objektbereich gemittelte Krümmung einer gekrümmten Oberfläche eines Objekts und insbesondere eines gebogenen Profilelements erfasst und überprüft werden kann. Dabei kann zwischen berührungslosen Messverfahren einerseits, beispielsweise optische Messverfahren mit Laserscannern oder Kameras, und taktilen Messverfahren andererseits unterschieden werden, bei denen die gekrümmte Oberfläche längs eines Messwegs abgetastet oder mit einer Referenzkrümmung bzw. mit einer Lehre oder mit einer Schablone verglichen wird.
Ein häufig verwendetes und keinen großen Aufwand erforderndes taktiles Messverfahren ist beispielsweise die Stichmaßmessung, bei der eine Sekantenlehre mit den beiden Enden der Sekantenlehre an eine konkav gekrümmte Oberfläche angelegt und als Stichmaß der Abstand des Mittelpunkts der Sekantenlehre zu der gekrümmten Oberfläche gemessen wird, um aus dem ebenfalls bekannten Abstand der an den gegenüberliegenden Enden der Sekantenlehre liegenden Berührungspunkte mit der gekrümmten Oberfläche einerseits und dem gemessenen Stichmaß andererseits den gemittelten Krümmungsradius des von der Sekantenlehre erfassten Teilkreises bestimmen zu können. Eine derartige Bestimmung des Krümmungsradius wird oftmals manuell durchgeführt und weist auch bei einer sorgfältigen Durchführung einen häufig unvermeidbaren und vergleichsweise großen Messfehler auf. Zudem kann eine Veränderung des Krümmungsradius innerhalb der von der Sekantenlehre erfassten Bogenlänge der gekrümmten Oberfläche bzw. eines gebogenen Profils mit diesem Messverfahren grundsätzlich nicht ermittelt und erfasst werden. Ein derartiges Messverfahren eignet sich auch nicht für eine vollständig automatisierte Durchführung zur Steuerung oder Regelung eines Biegeprozesses, mit welchem ein gebogenes Profil oder allgemein ein Objekt mit einer gekrümmten Oberfläche hergestellt wird.
Berührungslose Messverfahren sind dagegen oftmals sehr aufwändig und setzen regelmäßig kostenintensive Messvorrichtungen voraus.
Es wird deshalb als eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen, ein taktiles Messverfahren zum Bestimmen der Krümmung der gekrümmten Oberfläche eines Objekts so auszugestalten, dass mit einem möglichst geringen Messaufwand die Krümmung möglichst rasch und zuverlässig bestimmt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine für die Durchführung des Verfahrens verwendete Messvorrichtung eine Winkelveränderungsmesseinrichtung, zwei in einer Messrichtung beabstandet zueinander angeordnete Anlageelemente und eine Weglängenmesseinrichtung aufweist, wobei die Messvorrichtung längs eines Messwegs von einem Startpunkt zu einem Endpunkt in der Messrichtung so über die gekrümmte Oberfläche verlagert wird, dass die beiden Anlageelemente an der gekrümmten Oberfläche anliegen, wobei mit der Weglängenmesseinrichtung kontinuierlich eine bereits zurückgelegte Messweglänge zwischen dem Startpunkt und dem Endpunkt ermittelt wird, und wobei entlang des Messwegs kontinuierlich ein sich von dem Startpunkt zu dem Endpunkt verändernder Mittelpunktswinkel anhand der sich verändernden Ausrichtung der Messvorrichtung entlang des Messwegs erfasst wird, und dass aus der erfassten Messweglänge und dem erfassten Mittelpunktswinkel der Krümmungsradius bestimmt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren beruht dabei auf der bekannten Abhängigkeit des Krümmungsradius einer Krümmung entlang eines Messwegs von der Bogenlänge und dem Mittelpunktswinkel des bereits zurückgelegten gekrümmten Messwegs. Der Mittelpunktswinkel ist dabei der Winkel zwischen zwei sich schneidenden Geraden, die jeweils senkrecht zu einer Tangente an dem Messweg durch den Startpunkt und durch den Endpunkt verlaufen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich der Krümmungsradius für jeden Punkt entlang des Messwegs aus dem Quotienten der erfassten Zunahme der Messweglänge und der erfassten Veränderung des Mittelpunktswinkels berechnen. Bei einer gekrümmten Oberfläche kann kontinuierlich die Krümmung entlang des Messwegs ermittelt werden und als Ergebnis die ermittelte Krümmung in Abhängigkeit von dem jeweiligen Punkt auf dem Messweg bestimmt werden. Zudem kann bei einer näherungsweise konstanten Krümmung auch ein gemittelter Wert für eine entlang des Messwegs ermittelte Krümmung der gekrümmten Oberfläche bestimmt werden.
Es hat sich gezeigt, dass es mit einer nachfolgend noch näher erläuterten Messvorrichtung, mit welcher das erfindungsgemäße Messverfahren durchgeführt werden kann, ohne größeren Aufwand möglich ist, kontinuierlich den sich gegebenenfalls verändernden Krümmungsradius einer gekrümmten Oberfläche auch bei vergleichsweise großen Messweglängen von fünf Metern, zehn Metern oder mehr mit einer für viele Anwendungen ausreichenden Genauigkeit zu bestimmen. Dabei können auch bei einer großen Messweglänge sowohl ein lokaler und entlang des Messwegs sich eventuell verändernder Krümmungsradius als auch ein über die gesamte Messweglänge gemittelter Krümmungsradius mit einer ausreichend großen Genauigkeit ermittelt werden.
Das Verlagern der Messvorrichtung über die gekrümmte Oberfläche des Objekts kann manuell mit geringem Aufwand durchgeführt werden. Dabei kann beispielsweise die Messvorrichtung manuell oder automatisiert entlang des Messwegs über das ortsfest gelagerte Objekt geführt werden.
Zudem ist auch eine Integration einer geeigneten Messvorrichtung in einen Herstellungsprozess, beispielweise in eine Drei-Rollen-Biegemaschine möglich, um während der Durchführung des Herstellungsprozesses den sich ergebenden Krümmungsradius zu bestimmen und dadurch eine Steuerung oder Regelung des Herstellungsprozesses zu ermöglichen. Zu diesem Zweck kann beispielsweise das mit einer Drei-Rollen-Biegemaschine verformte Profilelement zusammen mit einer an dem Profilelement festgelegten Winkelveränderungsmesseinrichtung an einer an der Biegemaschine ortsfest bzw. lediglich verschwenkbar und längs einer quer zu dem Profilelement gerichteten Ausgleichsrichtung verlagerbar gelagerten Weglängenmesseinrichtung der Messvorrichtung vorbeigeführt werden, wobei die beiden Anlageelemente an der gekrümmten Oberfläche anliegen und entlang des Messwegs über die Oberfläche geführt werden. Durch die während des Herstellungsprozesses erzeugte Verformung des Profilelements ändert sich die Ausrichtung der an dem Profilelement festgelegten und sich gemeinsam mit dem Profilelement relativ zu der Weglängenmesseinrichtung bewegenden Winkelveränderungsmesseinrichtung, was mit der Winkelveränderungsmesseinrichtung erfasst werden kann.
Aus der Praxis sind verschiedene Messmethoden bekannt, mit welchen eine Weglänge oder eine Winkelveränderung während der Verlagerung der Messvorrichtung längs des Messwegs über die gekrümmte Oberfläche des Objekts mit großer Genauigkeit erfasst werden können. Die Weglängenmesseinrichtung kann ebenso wie die Messung des Mittelpunktswinkels berührungslos durchgeführt werden. So kann die Weglänge beispielsweise mit Hilfe eines optischen Sensors ermittelt werden, wobei während der Verlagerung der Messvorrichtung längs des Messwegs kontinuierlich Bilder von der Oberfläche aufgenommen und aus der Bildverschiebung aufeinanderfolgender Bilder die Bewegung der Messvorrichtung ermittelt wird. Es ist ebenfalls denkbar, dass die Weglängenmessung mit Hilfe eines Beschleunigungssensors durchgeführt wird, der die bei einer Verlagerung der Messvorrichtung auftretenden Beschleunigungen erfasst, um daraus die Bewegung der Messvorrichtung längs des Messwegs und letztendlich die sich während einer Verlagerung der Weglängenmesseinrichtung relativ zu den gekrümmten Objekt ergebende Veränderung der Messweglänge und die sich insgesamt ergebende Messweglänge zu ermitteln.
Für die Erfassung der Änderungen der Ausrichtung der Messvorrichtung bzw. der in dem Gehäuse der Messvorrichtung angeordneten Weglängenmesseinrichtung und für die auf dieser Grundlage durchgeführte Ermittlung einer Veränderung de Mittelpunktswinkels bei einer entlang des Messwegs erfolgenden Verlagerung der Weglängenmesseinrichtung relativ zu dem Objekt zwischen einem Startpunkt und einem Endpunkt des Messwegs können beispielsweise handelsüblich erhältliche Gyroskope oder Gyroskopsensoren verwendet werden, wie sie auch in mobilen Kommunikationsgeräten und Datenverarbeitungsanlagen eingesetzt werden. Es ist ebenfalls möglich, die Veränderung der Ausrichtung des Gehäuses der Messvorrichtung mit Hilfe von Beschleunigungssensoren, Lagesensoren oder Magnetometern zu erfassen. Zudem kann vorgesehen sein, zur Erhöhung der Präzision die Messwerte von mehreren Sensoren zu kombinieren und gemeinsam auszuwerten.
Durch die beiden Anlageelemente, die in der Messrichtung beabstandet zueinander angeordnet sind, wird während eines Messvorgangs die Ausrichtung der Messvorrichtung bzw. der Weglängenmesseinrichtung relativ zu der gekrümmten Oberfläche des Objekts vorgegeben, um eine Veränderung dieser Ausrichtung während der Verlagerung der Weglängenmessvorrichtung entlang des Messwegs erfassen und für die Bestimmung des Mittelpunktswinkels bzw. des daraus bestimmten Krümmungsradius verwenden zu können. Die beiden Anlageelemente können beispielsweise von einer Oberflächenseite eines Gehäuses der Messvorrichtung vorspringende Ausformungen oder vorspringende Stifte oder Bolzen sein. Die von der Oberflächenseite des Gehäuses abstehenden Endbereiche der Ausformungen, Stifte oder Bolzen können zweckmäßigerweise abgerundet sein und mit einer Gleitbeschichtung versehen sein, um trotz des während der Verlagerung bestehenden Kontakts zwischen den Anlageelementen und der gekrümmten Oberfläche des Objekts ein möglichst reibungsarmes Verschieben der Anlageelemente über die gekrümmte Oberfläche des Objekts zu ermöglichen.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass die Weglängenmesseinrichtung ein drehbar gelagertes Reibrad aufweist, dessen Abrollbewegung längs des Messwegs erfasst und dadurch die Messweglänge ermittelt wird. Das Reibrad kann gleichzeitig als erstes Anlageelement dienen oder aber zusätzlich zu zwei Anlageelementen dazwischen oder benachbart dazu angeordnet sein. Insbesondere bei gebogenen Profilen aus Metall ist eine kontaktlose und beispielsweise mit optischen Sensoren bestimmte Weglängenmessung auf Grund der konturarmen, oftmals sehr ebenen und glänzenden Oberfläche mit einem erheblichen Messfehler behaftet. Es hat sich gezeigt, dass eine taktile Weglängenmessung und insbesondere die Verwendung eines drehbar gelagerten Reibrads eine sehr präzise Weglängenmessung ermöglicht. Zudem lässt sich die Abrollbewegung des Reibrads mit konstruktiv einfachen Mitteln erfassen und eine Weglängenmessung auch in einer für Messvorrichtungen anspruchsvollen Umgebung wie beispielsweise in einer Produktionshalle für Metallteile zuverlässig durchführen.
Das drehbar gelagerte Reibrad weist zweckmäßigerweise eine Oberfläche mit einem hohen Reibkoeffizienten auf, der eine hohe Haftreibung zwischen dem Reibrad und der Oberfläche des Objekts gewährleistet, um bei einer Verlagerung der Weglängenmessvorrichtung entlang des Messwegs vollständig und ohne Schlupf über die gekrümmte Oberfläche abzurollen. Zu diesem Zweck kann vorgesehen sein, dass das Reibrad beispielsweise aus Metall hergestellt ist und eine gerändelte oder aufgeraute Lauffläche aufweist. Es ist ebenfalls denkbar, dass die Lauffläche des Reibrads mit einem geeigneten Material wie beispielsweise Gummi beschichtet ist, um die Haftreibung des Reibrads auf der gekrümmten Oberfläche zu erhöhen.
In vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass eine Drehbewegung des drehbar gelagerten Reibrads während der Abrollbewegung mit einem Drehgeber erfasst wird. Handelsübliche Drehgeber sind in vielen unterschiedlichen Ausführungen bekannt und kostengünstig erhältlich. Dabei kann ein inkrementaler Drehgeber, der eine relative Winkelveränderung des abrollenden Reibrads messen kann, oder ein absoluter Drehgeber verwendet werden, der auch in einem unbewegten Zustand des Reibrads dessen Winkelposition erfassen und ausgeben kann. Mit einem drehbar gelagerten Reibrad, dessen Abrollbewegung längs des Messwegs mit einem Drehgeber erfasst wird, kann in einfacher Weise sehr zuverlässig und präzise die Messweglänge zwischen dem Startpunkt und dem Endpunkt ermittelt werden. Eine Weglängenmesseinrichtung mit diesen Komponenten kann kostengünstig und mit wenig Raumbedarf in eine Messvorrichtung integriert werden. Das abrollende Reibrad kann dabei über eine Oberflächenseite der Messvorrichtung vorspringend angeordnet sein und kann deshalb gleichzeitig als eines der beiden Anlageelemente dienen.
Die präzise Bestimmung des Krümmungsradius setzt bei dem erfindungsgemäßen Messverfahren voraus, dass die Messvorrichtung längs des Messwegs so über die gekrümmte Oberfläche des Objekts verlagert wird, dass die beiden Anlageelemente jederzeit einen unmittelbaren Kontakt mit der Oberfläche des Objekts aufweisen. Es ist deshalb gemäß einer optionalen Ausgestaltung des Erfindungsgedankens vorgesehen, dass während einer Verlagerung der Messvorrichtung längs des Messwegs von dem Startpunkt zu dem Endpunkt ein Anpressdruck der beiden Anlageelemente an die gekrümmte Oberfläche erfasst wird. Dies kann beispielsweise mit Hilfe von Drucksensoren erfolgen, die bei zwei starr ausgebildeten Anlageelementen entweder in dem jeweiligen Anlageelement oder in einer zugeordneten Anlageelementlagerung angeordnet sind. Wenn ein drehbar gelagertes Reibrad als ein Anlageelement verwendet wird, kann der Anpressdruck im Bereich einer Lagerung des Reibrads erfasst werden. Falls während einer Verlagerung der Messvorrichtung längs des Messwegs der an den beiden Anlageelementen erfasste Anpressdruck unterhalb einer vorgegebenen Mindestanpressdruckschwelle fällt, kann ein Signal ausgegeben werden oder aber der Messvorgang abgebrochen werden, um zu vermeiden, dass ein ungenaues Messergebnis ermittelt wird.
In vorteilhafter Weise ist es gemäß einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens vorgesehen, dass die Winkelveränderung mit einem Drehratensensor erfasst wird. Drehratensensoren können mit Hilfe der Mikrosystemtechnik kostengünstig und mit geringen Abmessungen beispielsweise mit Hilfe von Halbleiterfertigungstechnologien hergestellt werden. Geeignete Drehratensensoren mit einer ausreichend hohen Messgenauigkeit und Abtastfrequenzen von beispielsweise 100 Hz sind handelsüblich erhältlich. Auch durch die Verwendung derartiger Drehratensensoren in mobilen Kommunikationsgeräten oder bei Eingabegeräten für Spielkonsolen sind zahlreiche Varianten solcher Drehratensensoren in großen Stückzahlen handelsüblich und kostengünstig erhältlich.
Mit den meisten Drehratensensoren kann eine Winkelveränderung der Ausrichtung des Drehratensensors bzw. einer Messvorrichtung, in welcher der Drehratensensor festgelegt ist, in allen drei Raumrichtungen erfasst werden. Gemäß einer optionalen Ausgestaltung des Erfindungsgedankens kann vorgesehen sein, dass zusätzlich zu der Winkelveränderung längs des Messwegs eine Winkelveränderung quer zu dem Messweg erfasst wird. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass im Hinblick auf eine möglichst präzise Erfassung der Messdaten eine Winkelveränderung quer zu dem Messweg unterhalb eines vorgebbaren Kippwinkelschwellenwertes bleiben muss, so dass das Messgerät während der Durchführung einer Messung bzw. während der Verlagerung längs des Messwegs über die gekrümmte Oberfläche eine möglichst gleichbleibende Ausrichtung relativ zu der Oberfläche beibehält. Sollte während eines Messvorgangs eine zu große Winkelveränderung zum Messweg festgestellt werden, kann ein Warnsignal ausgegeben werden oder aber der Messvorgang abgebrochen werden.
Es ist ebenfalls denkbar, dass eine Winkelveränderung der Messvorrichtung quer zu dem Messweg als ein weiteres Messsignal erfasst und ausgewertet wird. Über die quer zu dem Messweg erfassten Winkelveränderung der Messvorrichtung können eine Krümmung einer Profilelementoberfläche quer zu dem Messweg und damit eine Torsion der für die Bestimmung der Krümmung verwendeten Oberfläche des Profilelements erfasst und ausgewertet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch während eines Biegevorgangs eines gekrümmten Profilelements oder während einer automatisierten Kontrolle einer gekrümmten Oberfläche eines Objekts durchgeführt werden. Bei derartigen Anwendungen ist es oftmals vorteilhaft, wenn der Krümmungsradius während einer Verlagerung des Profilelements bzw. des Objekts entlang an ortsfest bzw. lediglich um eine Schwenkachse verschwenkbar angeordneten Anlageelementen ermittelt werden kann. Zu diesem Zweck ist es optional vorgesehen, dass die Winkelveränderungsmesseinrichtung vorzugsweise in einem Bereich um den Startpunkt auf der gekrümmten Oberfläche des Objekts festgelegt wird, und dass das Profilelement relativ zu den ortsfest gelagerten Anlageelementen der Messvorrichtung verlagert wird. Es ist ebenfalls möglich, dass an dem gekrümmten Profilelement eine erste Winkelveränderungsmesseinrichtung und an der Weglängenmesseinrichtung eine zweite Winkelveränderungsmesseinrichtung angeordnet sind, und dass die Winkelveränderung des während des Biegevorgangs verbogenen Profilelements als Differenz zwischen der Winkelveränderung der ersten und der zweiten Winkelveränderungsmesseinrichtung ermittelt wird.
Die Erfindung betrifft auch eine Messvorrichtung, mit welcher das vorangehend beschriebene erfindungsgemäße Messverfahren durchgeführt werden kann. Die erfindungsgemäße Messvorrichtung weist eine Winkelveränderungsmesseinrichtung, zwei in einem Gehäuse der Messrichtung beabstandet zueinander angeordnete Anlageelemente und eine Weglängenmesseinrichtung auf, die an einem Gehäuse der Messvorrichtung festgelegt oder gelagert sind, wobei die beiden Anlageelemente über eine Oberflächenseite des Gehäuses vorspringend so angeordnet sind, dass die beiden Anlageelemente kontinuierlich an der gekrümmten Oberfläche anliegen, wenn das Gehäuse der Messvorrichtung längs eines Messwegs von einem Startpunkt zu einem Endpunkt in der Messrichtung über die gekrümmte Oberfläche verlagert wird.
Die Messvorrichtung kann manuell entlang eines vorgegebenen Messwegs über eine gekrümmte Oberfläche verlagert werden. Um eine möglichst zuverlässige Messung zu begünstigen und um Abweichungen von dem Messweg zu vermeiden kann der Messweg durch einen seitlichen Anschlag oder durch eine geeignete Führungseinrichtung, bzw. Zwangsführung vorgegeben werden. Es ist ebenfalls denkbar, dass die Messvorrichtung relativ zu der gekrümmten Oberfläche automatisiert verlagert wird. Die Winkelveränderungsmesseinrichtung kann zusammen mit der Weglängenmesseinrichtung in dem Gehäuse der Messvorrichtung angeordnet sein. Es ist ebenfalls möglich, dass die Winkelveränderungsmesseinrichtung außerhalb des Gehäuses und unabhängig von dem Gehäuse angeordnet werden kann. Die Winkelveränderungsmesseinrichtung kann dann beispielsweise an einem gekrümmten Profilelement befestigt werden, welches an einem ortsfest gelagerten Gehäuse der Messvorrichtung vorbeibewegt wird.
Wenn die gekrümmte Oberfläche an dem beispielsweise an einer Drei-Rollen-Biegemaschine gelagerten Gehäuse vorbeibewegt wird und das Gehäuse nicht ortsfest, sondern im Hinblick auf einen notwendigen Ausgleich unterschiedlicher Krümmungen schwenkbar oder schwenkbar und senkrecht zu der Oberfläche verlagerbar gelagert ist, kann das Gehäuse zusätzlich eine zweite Winkelveränderungsmesseinrichtung aufweisen, sodass eine Winkelveränderungsdifferenz zwischen den Messwerten der ersten und der zweiten Winkelveränderungsmesseinrichtung ermittelt und für die weitere Auswertung berücksichtigt werden kann.
Die Winkelveränderungsmesseinrichtung kann möglichst spielfrei in dem Gehäuse der Messvorrichtung festgelegt sein. Die Winkelveränderungsmesseinrichtung kann auch wie vorangehend dargelegt außerhalb des Gehäuses an dem Objekt festgelegt sein. Die beiden Anlageelemente können an ihren Enden abgerundete und mit einer Gleitschicht überzogene Anlagestifte sein, die über eine vorzugsweise eben ausgebildete Oberflächenseite des Gehäuses vorspringend angeordnet sind. Ein Abstand der beiden Anlageelemente zueinander sowie der jeweilige Abstand der vorspringenden Endbereiche relativ zu der Oberflächenseite des Gehäuses sind zweckmäßigerweise so vorgegeben, dass das Gehäuse der Messvorrichtung längs eines vorgegebenen Messwegs über die gekrümmte Oberfläche eines Objekts verlagert werden kann, ohne dass eines der beiden Anlageelemente den Kontakt zu der gekrümmten Oberfläche verliert.
Eines der beiden Anlageelemente oder beide Anlageelemente können auch in ihren Endbereichen drehbar gelagerte Walzen oder Kugeln aufweisen, um mit Ausnahme eines eventuell verwendeten Reibrads eine möglichst reibungsarme Verlagerung der Messvorrichtung über die gekrümmte Oberfläche zu ermöglichen. Bei einem Anlageelement oder bei beiden Anlageelementen kann ein Anpressdruck des betreffenden Anlageelements an die gekrümmte Oberfläche des Objekts durch einen geeigneten Sensor erfasst werden, wobei beispielsweise ein Drucksensor den Anpressdruck während eines Messvorgangs überwacht und bei einem Unterschreiten eines vorgegebenen Anpressdruckschwellenwerts ein Warnsignal erzeugt oder den Messvorgang abbricht.
Einer vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens zufolge ist vorgesehen, dass die Weglängenmesseinrichtung ein drehbar gelagertes Reibrad aufweist, dessen Abrollbewegung längs des Messwegs erfasst und dadurch die Messweglänge ermittelt werden kann, und wobei das Reibrad gleichzeitig als erstes Anlageelement dienen kann. Um den Krümmungsradius einer großflächigen gekrümmten Oberfläche eines Objekts zu bestimmen, kann eine Drehachse des Reibrads parallel zu der Oberflächenseite des Gehäuses angeordnet sein und das Reibrad über zumindest einen Abschnitt der Lauffläche des Reibrads über die Oberflächenseite vorspringend aus dem Gehäuse herausragen. Das Reibrad ist dabei zweckmäßigerweise so ausgerichtet, dass die Drehachse senkrecht zu der Messrichtung und damit senkrecht zu dem jeweiligen Abschnitt des Messwegs ausgerichtet ist, so dass bei einer Verlagerung der Messvorrichtung in Messrichtung längs des Messwegs das Reibrad auf der gekrümmten Oberfläche des Objekts abrollt und die Messweglänge zwischen dem Startpunkt und dem Endpunkt ermittelt werden kann. Bei einer derartigen Ausgestaltung der Messvorrichtung kann das Gehäuse der Messvorrichtung zusammen mit dem Reibrad über nahezu beliebige und insbesondere großflächige gekrümmte Oberflächen verlagert werden.
Insbesondere bei einer Messvorrichtung, die für die Bestimmung des Krümmungsradius eines gekrümmten Profilelements geeignet sein sollen, kann es zweckmäßig sein, dass mit der Messvorrichtung eine Führung oder sogar Zwangsführung entlang des Profilelements möglich wird. Zu diesem Zweck kann die Reibraddrehachse des Reibrads senkrecht zu der Oberflächenseite des Gehäuses ausgerichtet sein. Die Messvorrichtung kann dann mit der Oberflächenseite des Gehäuses so an einer Profilkante an das gekrümmte Profilelement angelegt werden, dass das Reibrad seitlich an einer gekrümmten Außenseite des Profilelements anliegt und bei einer Verlagerung der Messvorrichtung entlang des gekrümmten Profilelements längs des Messwegs von dem Startpunkt zu dem Endpunkt an der gekrümmten Außenseite des gekrümmten Profilelements abrollt. Das zweite Anlageelement kann entweder ein in Richtung der Reibraddrehachse vorspringender Stift oder ein Gleitelement sein, an welchem die gekrümmte Außenseite des Profilelements ebenfalls anliegt, oder eine weitere drehbar gelagerte Anlagerolle sein, deren Drehachse parallel zu der Reibraddrehachse ausgerichtet ist, so dass sowohl das Reibrad als auch die Anlagerolle über die gekrümmte Außenseite des Profilelements abrollen, während die Messvorrichtung entlang des Messwegs relativ zu dem gekrümmten Profilelement verlagert wird. Es ist ebenfalls möglich, dass zusätzlich zu dem Reibrad zwei Anlagerollen oder zwei Anlagestifte vorgesehen sind.
Auf der Oberflächenseite des Gehäuses kann zumindest in der Umgebung um das Reibrad sowie um die Anlagerolle eine die Reibung verringernde Gleitbeschichtung aufgebracht sein. Es ist ebenfalls denkbar, dass an der Oberflächenseite des Gehäuses eine oder mehrere Wälzkörper angeordnet sind, die jeweils um eine parallel zu der Oberflächenseite des Gehäuses in der Umgebung um das Reibrad und die Anlagerolle ausgerichtete Drehachse drehbar gelagert sind, um ein möglichst reibungsarmes Verlagern der Messvorrichtung längs des gekrümmten Profilelements zu begünstigen.
Zweckmäßigerweise weist die Messvorrichtung einen Drehgeber zur Erfassung einer Drehbewegung des drehbar gelagerten Reibrads während der Abrollbewegung längs des Messwegs auf. Das Reibrad selbst kann eine die Haftreibung verbessernde Beschichtung aufweisen. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Reibrad aus Metall besteht oder eine Lauffläche aus Metall aufweist, wobei die Lauffläche gerändelt, geriffelt oder auf eine andere Art und Weise mit einer geeigneten dreidimensionalen Strukturierung versehen ist, um während einer Abrollbewegung des Reibrads einen unerwünschten Schlupf zu vermeiden.
Gemäß einer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens kann auch das zweite Anlageelement eine drehbar gelagerte Anlagenrolle aufweisen. Durch zwei drehbar gelagerte Räder bzw. Rollen kann eine Verlagerung der Messvorrichtung entlang des Messwegs ohne aneinander entlang gleitende und eventuell einen unerwünschten Schlupf erzeugende Komponenten und deshalb präzise durchgeführt werden. Insbesondere bei der Verwendung der Messvorrichtung zur Bestimmung des Krümmungsradius eines gekrümmten Profilelements, welches quer zu dem Krümmungsradius nur eine geringe Erstreckung aufweist, kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass eine Reibraddrehachse des Reibrads und eine Anlagenrollendrehachse der Anlagerolle parallel zueinander und jeweils senkrecht zu der Oberflächenseite des Gehäuses gerichtet sind. Das Reibrad und die Anlagerolle liegen beide seitlich an der gekrümmten Außenfläche des Profilelements an, welches seinerseits mit einer oftmals ebenen Seitenfläche an der Oberflächenseite des Gehäuses der Messvorrichtung anliegt, bzw. mit der Seitenfläche an der Oberflächenseite des Gehäuses anliegend relativ zu der Messvorrichtung verlagert wird.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist optional vorgesehen, dass eine um eine parallel zu der Reibraddrehachse um eine Gegendruckrollendrehachse drehbar gelagerte Gegendruckrolle an der Oberflächenseite des Gehäuses vorspringend angeordnet und in einem veränderbaren Abstand zu dem Reibrad so angeordnet ist, dass das Reibrad und die Anlagerolle an einer ersten Außenseite des Profilelements anliegen und die Gegendruckrolle an einer der erste Außenseite gegenüberliegenden zweiten Außenseite des Profilelements anliegt. Durch die Gegendruckrolle kann auf ein entlang eines zwischen der Gegendruckrolle einerseits und dem Reibrad und der Anlagerolle andererseits geführtes Profilelement ein Gegendruck ausgeübt werden, welcher das Reibrad an das Profilelement andrückt. Das Profilelement kann zwischen der Gegendruckrolle auf der einen Seite anliegend und dem Reibrad und der Anlagerolle auf der anderen Seite des Profilelements anliegend geführt werden. Dabei ist die Gegendruckrolle zweckmäßigerweise entgegen einer rückstellenden Federwirkung quer zu einer Abstandslinie zwischen dem Reibrad und der Anlagerolle verlagerbar, um unterschiedliche Krümmungen des Profilelements sowie sich verändernde Querschnittsfläche des Profilelements ausgleichen zu können. Eine Verlagerung des Gehäuses der Messvorrichtung relativ zu dem Profilelement ist dann durch die von der Gegendruckrolle und dem Reibrad sowie der Anlagerolle gebildeten Zwangsführung besonders einfach und zuverlässig möglich.
Es ist ebenfalls möglich und für viele Anwendungsbereiche vorteilhaft, dass das Gehäuse zwei beabstandet zueinander angeordnete Anlageelemente aufweist, und dass ein Reibrad zwischen den beiden Anlageelementen senkrecht zu einer die beiden Anlageelemente verbindenden Gerade federnd gelagert ist und von der Geraden weg gedrückt wird, sodass das Reibrad während einer Verlagerung der Messvorrichtung relativ zu der gekrümmten Oberfläche des Objektes entgegen der Federkraft ausgelenkt und dabei an die gekrümmte Oberfläche des Objekts angedrückt wird. Bei einer derartigen Ausgestaltung der Messvorrichtung kann durch eine ausreichend groß vorgegebene Federkraft und damit einhergehend durch einen ausreichend großen Anpressdruck des entgegen einer Federkraft verlagerbaren Reibrads gewährleistet werden, dass das Reibrad während einer Verlagerung entlang des Messwegs immer mit einem ausreichend großen Anpressdruck an die gekrümmte Oberfläche angedrückt wird, sodass eine besonders präzise und zuverlässige Erfassung des Messwegs möglich ist.
Um ein manuelles Anlegen und Verlagern der Messvorrichtung an eine gekrümmte Oberfläche eines Objekts zu erleichtern ist gemäß einer optionalen Ausgestaltung des Erfindungsgedankens vorgesehen, dass das Gehäuse mindestens einen Handgriff zum manuellen Verlagern des Gehäuses längs eines Messwegs über eine gekrümmte Oberfläche aufweist.
Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert, die in der Zeichnung exemplarisch und schematisch dargestellt sind. Es zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Messvorgangs mit einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung, die relativ zu einer gekrümmten Außenseite eines Profilelements verlagert wird,
2 eine schematische Darstellung einer Messvorrichtung mit einer Draufsicht auf eine Oberflächenseite der Messvorrichtung, von der ein Reibrad, eine Anlagerolle und eine Gegenrolle abstehen,
3 eine perspektivische Ansicht einer Oberseite einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung,
4 eine perspektivische Ansicht einer Unterseite einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung,
5 eine perspektivische Ansicht einer Unterseite einer abweichend ausgestalteten Messvorrichtung,
6 eine Seitenansicht einer wiederum abweichend ausgestalteten Messvorrichtung, bei welcher eine Reibraddrehachse 8 sowie zwei Anlagerollendrehachsen 9 parallel zu einer Oberflächenseite 11 des Gehäuses 4 der Messvorrichtung 1 ausgerichtet sind,
7 eine schematische Darstellung einer an einer Drei-Rollen-Biegemaschine angeordneten erfindungsgemäßen Messvorrichtung mit einer an einem Profilelement befestigten ersten Winkelveränderungsmesseinrichtung und mit einer an einem Gehäuse der Messvorrichtung angeordneten zweiten Winkelveränderungsmesseinrichtung, und
8 eine schematische Darstellung eines ortsfest angeordneten Gehäuses einer Messvorrichtung mit einem Profilelement, welches mit Hilfe einer Transportwalze an dem Gehäuse der Messvorrichtung entlang bewegt wird.

Eine in den 1 bis 4 exemplarisch und schematisch dargestellte Messvorrichtung 1 zum Bestimmen eines Krümmungsradius einer gekrümmten Oberfläche 2 eines Profilelements 3 weist ein Gehäuse 4 mit einem vorspringend angeordneten Reibrad 5, einer in einem Abstand dazu angeordneten Anlagerolle 6 und eine Gegendruckrolle 7 auf. Das Profilelement 3 dient dabei lediglich als exemplarisches Beispiel für ein Objekt mit einer gekrümmten Oberfläche 2. Das Reibrad 5, die Anlagerolle 6 und die Gegendruckrolle 7 sind jeweils um eine Reibraddrehachse 8, um eine Anlagerollendrehachse 9 und um ein Gegendruckrollendrehachse 10 drehbar gelagert, die senkrecht zu einer Oberflächenseite 11 des Gehäuses 4 der Messvorrichtung 1 ausgerichtet sind. Das Reibrad 5 und die Anlagerolle 6 bilden zwei Anlageelemente der Messvorrichtung 1 und geben eine an dem Reibrad 5 und der Anlagerolle 6 entlang verlaufende Sekante 12 vor. Wenn die Messvorrichtung 1 mit dem Reibrad 5 und der Anlagerolle 6 an der gekrümmten Oberfläche 2 des Profilelements 3 anliegt, wie es in den 1 und 2 dargestellt ist, entspricht die Sekante 12 einer tangential an der gekrümmten Oberfläche 2 des Profilelements 3 anliegenden Tangente und ist eine hierzu parallel verlaufende und lediglich auf Grund der Krümmung der Oberfläche 2 zwischen dem Reibrad 5 und der Anlagerolle 6 versetzten und das Reibrad 5 und die Anlagerolle 6 an einem jeweiligen Umfangspunkt berührende Gerade.
Die Gegendruckrolle 7 ist senkrecht zu der Sekante 12 längs einer durch ein Langloch 13 gebildeten Zwangsführung gelagert. Dabei wird die Gegendruckrolle 7 nach der Anordnung des Profilelements 3 an dem Reibrad 5 und an der Anlagerolle 6 zugestellt und in eine an einer der gekrümmten Oberfläche 2 gegenüberliegenden Profilwand 14 anliegenden Position mit Hilfe einer Federeinrichtung in Richtung der Sekante 12 angedrückt, um während eines Messvorgangs die gekrümmte Oberfläche 2 des Profilelements 3 einerseits und das Reibrad 5 und die Anlagerolle 6 andererseits aneinander zu drücken.
In der Messvorrichtung 1 sind zudem eine Weglängenmesseinrichtung 15 und eine Winkelveränderungsmesseinrichtung 16, beispielsweise ein Drehratensensor oder ein Gyroskop angeordnet. Die Weglängenmesseinrichtung 15 kann beispielsweise ein Drehgeber sein und erfasst eine Drehbewegung des Reibrads 5 während eines Abrollvorgangs entlang der gekrümmten Oberfläche 2 des Profilelements 3 und ermittelt dadurch eine Messweglänge entlang des Messwegs, die das Reibrad 5 über die gekrümmte Oberfläche 2 des Profilelements 3 verlagert wird. Die Messweglänge entspricht der Bogenlänge b des vorgegebenen Messwegs über die gekrümmte Oberfläche 2. Mit der Winkelveränderungsmesseinrichtung 16 kann eine Veränderung der Lage der Messvorrichtung 1 und damit eine Veränderung der Sekante 12 im Raum während einer Verlagerung der Messvorrichtung 1 entlang der gekrümmten Oberfläche 2 des Profilelements 3 erfasst werden. Mit der Winkelveränderungsmesseinrichtung 16 kann demzufolge ein Mittelpunktswinkel α als Winkel zwischen einer zu Beginn des Messvorgangs vorgegebenen Sekante 12 und einer sich nach einer Verlagerung der Messvorrichtung 1 entlang der gekrümmten Oberfläche 2 des Profilelements 3 einstellenden Sekante 12` ermittelt werden.
Um einen Messvorgang durchzuführen werden das Profilelement 3 und die Messvorrichtung 1 relativ zueinander verlagert, wobei entweder die Messvorrichtung 1 entlang eines Messwegs über die Oberfläche 2 des ortsfest gelagerten Profilelements 3 verlagert wird, wie es in der 1 schematisch dargestellt ist, oder das Profilelement 3 entlang eines Messwegs an dem ortsfest gelagerten Gehäuse 4 der Messvorrichtung 1 entlang verlagert wird, wie es exemplarisch in 8 dargestellt ist. Die Messvorrichtung 1 kann demzufolge als Handgerät ausgestaltet sein und von einem Benutzer manuell über eine zu messende Oberfläche 2 eines Profilelements 3 bzw. eines beliebigen Objekts mit einer gekrümmten Oberfläche entlang verlagert werden, oder aber in eine Biegeanlage für Profilelemente 3 oder in eine beliebige Produktionsanlage von Objekten mit einer gekrümmten Oberfläche integriert werden und während eines Biegevorgangs oder eines Produktionsvorgangs eine dabei erzeugte Krümmung einer Oberfläche 2 ermitteln. Um bei einem ortsfest gelagerten Gehäuse 4 der Messvorrichtung 1 einen Mittelpunktswinkel α der gekrümmten Oberfläche 2 des vorbeiverlagerten Profilelements 3 erfassen zu können, kann die Winkelveränderungsmesseinrichtung 16 auf dem Profilelement 3 festgelegt und zusammen mit dem Profilelement 3 mitverlagert werden.
In 1 ist ein Messvorgang schematisch dargestellt. Die Messvorrichtung 1 wird an einem Startpunkt 17 mit dem Reibrad 5 und der Anlagerolle 6 an die gekrümmte Oberfläche 2 des Profilelements 3 angelegt und dadurch die Tangentiale 12 vorgegeben. Anschließend wird die Messvorrichtung 1 entlang eines vorgegebenen Messwegs relativ zu dem Profilelement 3 verlagert, wobei das Reibrad 5 entlang des Messwegs über die gekrümmte Oberfläche 2 abrollt und dessen Drehbewegung mit der Weglängenmesseinrichtung 15 erfasst wird. Für jede beliebig kleine Verlagerung der Messvorrichtung 1 entlang des Messwegs entspricht die gemessene Veränderung der Messweglänge einer Veränderung der Bogenlänge Δb für den lokal vorliegenden Krümmungsradius r(b). Gleichzeitig wird mit der Winkelveränderungseinrichtung 16 eine Veränderung der Ausrichtung der Messvorrichtung 1 erfasst und damit eine Veränderung der Richtung der Sekante 12' in einer durch den Messweg vorgegebenen Messebene erfasst, die einer Veränderung des Mittelpunktswinkels Δα entspricht. Während der Verlagerung der Messvorrichtung 1 über die gekrümmte Oberfläche 2 werden kontinuierlich Veränderungen der Messweglänge Δb sowie der Ausrichtung der Sekante 12` und damit einhergehend der Veränderung des Mittelpunktswinkels Δα der Messvorrichtung 1 im Raum erfasst und daraus für jeden Messwert i ein lokaler Krümmungsradius r(i) ermittelt: $\begin{array}{l} Lokal vorliegender Kr \ddot{u} mmungsradius r (i) = Δ b (i) / Δ α (i) f \ddot{u} r \\ i = 1 \dots n \end{array}$
Für eine zunehmende Anzahl n von jeweiligen Messwerten i können die insgesamt bereits zurückgelegte Bogenlänge b und der sich insgesamt ergebende Mittelpunktswinkel α inkrementell aus der Summe der einzelnen Messwerte für die Messweglänge und für die Veränderung des Mittelpunktswinkels bestimmt werden: $Bogenl \ddot{a} nge b = \sum Δ b (i) f \ddot{u} r i = 1 \dots n$
$Mittelpunktswinkel α= \sum Δ α (i) f \ddot{u} r i = 1 \dots n$
Der Mittelpunktswinkel α ist der Winkel zwischen einer senkrecht zu der Sekanten 12 durch den Startpunkt 17 verlaufenden Geraden und einer senkrecht zu der Sekanten 12` durch einen Endpunkt 18 des Messwegs verlaufenden Geraden, wobei sich die beiden Geraden in einem nicht dargestellten Mittelpunkt eines Kreises schneiden, zu dem der Messweg ein Kreisbogensegment bildet. Der Abstand des Schnittpunkts der beiden Geraden zu der gekrümmten Oberfläche 2 des Profilelements 3 entspricht dem Krümmungsradius r.
Der gemittelte Krümmungsradius r ergibt sich aus dem Quotienten der Bogenlänge b durch den Mittelpunktswinkel α: $Kr \ddot{u} mmungsradius r = b/ α$
Die über den Messweg hinweg ermittelte Krümmung k entspricht dem Inversen des Krümmungsradius r: $lokale Kr \ddot{u} mmung k = 1 / r (i) = Δ α (i) / Δ b (i) f \ddot{u} r i = 1 \dots n$
$Gemittelte Kr \ddot{u} mmung k = 1/r = \sum Δ α (i) / \sum Δ b (i) f \ddot{u} r i = 1 \dots n .$
Die Messvorrichtung 1 weist auf einer Außenseite 19, die der dem zu vermessenden Profilelement 3 zugewandten Oberflächenseite 11 gegenüberliegend angeordnet ist, ein Display 20 auf. Auf dem Display 20 können beispielsweise aktuelle Messwerte für die entlang des Messwegs bereits zurückgelegte Bogenlänge b, den bereits erfassten Mittelpunktswinkel α und den sich ergebenden Krümmungsradius r angezeigt werden. Es können auch noch weitere Informationen für einen Benutzer angezeigt werden, um den Messvorgang möglichst zuverlässig durchführen zu können, um ein präzises Messergebnis zu erhalten. So kann beispielsweise mit einer Kontaktmesseinrichtung oder mit einer Abstandsmesseinrichtung überprüft werden, ob die Messvorrichtung 1 während der Verlagerung entlang des Messwegs kontinuierlich an der gekrümmten Oberfläche 2 des Profilelements 3 anliegt. Es könnte auch eine Verlagerungsgeschwindigkeit der Messvorrichtung 1 relativ zu dem Profilelement 3 erfasst und angezeigt werden.
Die Messvorrichtung 1 weist weiterhin einen Handgriff 21 auf, der für die Handhabung der Messvorrichtung 1 vorgesehen ist. Die Messvorrichtung 1 kann mit dem Handgriff 21 ergriffen und entlang des vorgesehenen Messwegs über die Oberfläche 2 des Profilelements 3 verlagert werden. Die Messvorrichtung 1 kann auch als eine Komponente in eine Biegemaschine etc. integriert werden, wobei das Profilelement 3 an der ortsfest an der Biegemaschine festgelegten Messvorrichtung 1 entlang vorbeiverlagert wird. Der Handgriff 21 ist dann nicht notwendig und könnte bei Bedarf entfernt werden.
Bei der in 5 dargestellten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Messvorrichtung 1 ist das Reibrad 5 zwischen zwei Anlagerollen 6 gelagert. Ausgehend von einer mittigen Position des Reibrads 5 auf einer Abstandsgeraden, welche durch die beiden Anlagerollendrehachsen 9 der Anlagerollen 6 verläuft, kann das Reibrad 5 jeweils entgegen einer Federwirkung quer zu der Abstandsgeraden in die eine Richtung oder in die anderer Richtung ausgelenkt werden. Wenn die Messvorrichtung 1 mit den beiden Anlagerollen 6 an eine konvex gekrümmte Oberfläche 2 eines Profilelements 3 herangeführt und angelegt wird, wird das zwischen den beiden Anlagerollen 6 gelagerte Reibrad 5 etwas ausgelenkt und durch die rückstellende Federwirkung an die gekrümmte Oberfläche 2 angedrückt. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass das Reibrad 5 während einer Verlagerung der Messvorrichtung 1 entlang des Messwegs über die Oberfläche 2 zuverlässig an die Oberfläche 2 angedrückt wird.
Es wäre ebenfalls möglich, dass die beiden Anlagerollendrehachsen 9 und die Reibraddrehachse 8 parallel zu der Oberflächenseite 11 des Gehäuses 4 ausgerichtet sind und das Reibrad 5 sowie die Anlagerollen 6 teilweise über die Oberflächenseite 11 vorspringend in dem Gehäuse 4 angeordnet und drehbar gelagert sind. Eine derart ausgestaltete Messvorrichtung 1 ist exemplarisch in 6 dargestellt und eignet sich für eine manuelle Verlagerung entlang eines Messwegs über eine gekrümmte Oberfläche 2 eines Profilelements 3.
In 7 ist schematisch eine Drei-Rollen-Biegemaschine 22 mit drei Walzen 23, 24 und 25 dargestellt, zwischen denen ein zunächst gerade verlaufendes Profilelement 3 durchgeführt wird und dabei entsprechend der Zustellung der mittleren Walze 24 zu einem gekrümmten Profilelement 3 verformt wird. An einer Ausgangsseite 26 der Drei-Walzen-Biegemaschine 22, an welcher das durch die Walzen 23, 24 und 25 gebogene Profilelement 3 austritt, ist das Gehäuse 4 der Messvorrichtung 1 um eine Schwenkachse 27 schwenkbar gelagert. Durch die schwenkbare Lagerung des Gehäuses 4 der Messvorrichtung 1 können unterschiedliche Krümmungsradien des Profilelements 3 bei dem Verlassen der Drei-Rollen-Biegemaschine 22 ausgeglichen werden. An dem Profilelement 3 ist eine erste Winkelveränderungsmesseinrichtung 16 festgelegt, die von dem an dem Gehäuse 4 der Messvorrichtung 1 vorbeigeführten Profilelement 3 mitgeführt wird. In dem Gehäuse 4 der Messvorrichtung 1 ist eine zweite Winkelveränderungsmesseinrichtung 16` angeordnet. Die sich für eine Veränderung der Bogenlänge Δb(i) ergebende Winkelveränderung Δα(i) ergibt sich dann als Differenz der mit der ersten Winkelveränderungsmesseinrichtung 16 und der mit der zweiten Winkelveränderungsmesseinrichtung 16` gemessenen Winkelveränderung.
Wenn das Gehäuse 4 der Messvorrichtung 1 ortsfest angeordnet ist und das gekrümmte Profilelement 3 beispielsweise mit Hilfe einer Transportwalze 28 an dem ortsfest angeordneten Gehäuse 4 der Messvorrichtung 1 vorbeigeführt wird, wie es exemplarisch in 8 dargestellt ist, muss in dem Gehäuse 4 der Messvorrichtung 1 keine zweite Winkelveränderungsmesseinrichtung 16` vorhanden sein oder angeordnet werden. Die sich für eine Verlagerung des Profilelements 3 relativ zu dem feststehenden Gehäuse 4 ergebende Winkelveränderung entspricht der mit der Winkelveränderungsmesseinrichtung 16 an dem Profilelement 3 erfassten Winkelveränderung.

Claims

Verfahren zum Bestimmen der Krümmung einer gekrümmten Oberfläche (2) eines Objektes mit einer Messvorrichtung (1), wobei die Messvorrichtung (1) eine Winkelveränderungsmesseinrichtung (16), zwei in einer Messrichtung beabstandet zueinander angeordnete Anlageelemente (5, 6) und eine Weglängenmesseinrichtung (15) aufweist, wobei die Messvorrichtung (1) längs eines Messwegs von einem Startpunkt (17) zu einem Endpunkt (18) in der Messrichtung so über die gekrümmte Oberfläche (2) verlagert wird, dass die beiden Anlageelemente (5, 6) an der gekrümmten Oberfläche (2) anliegen, wobei mit der Weglängenmesseinrichtung (15) kontinuierlich eine bereits zurückgelegte Messweglänge zwischen dem Startpunkt (17) und dem Endpunkt (18) ermittelt wird, und wobei entlang des Messwegs kontinuierlich ein sich von dem Startpunkt (17) zu dem Endpunkt (18) verändernder Mittelpunktswinkel anhand der sich verändernden Ausrichtung der Messvorrichtung (1) entlang des Messwegs erfasst wird, und dass aus der erfassten Veränderung der Messweglänge und der erfassten Veränderung des Mittelpunktswinkels der Krümmungsradius bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Weglängenmesseinrichtung (15) ein drehbar gelagertes Reibrad (5) aufweist, dessen Abrollbewegung längs des Messwegs erfasst und dadurch die Messweglänge ermittelt wird, wobei das Reibrad (5) gleichzeitig als erstes Anlageelement (5, 6) dient.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehbewegung des drehbar gelagerten Reibrads (5) während der Abrollbewegung mit einem Drehgeber erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Verlagerung der Messvorrichtung (1) längs des Messwegs von dem Startpunkt (17) zu dem Endpunkt (18) ein Anpressdruck mindestens von einem der beiden Anlageelemente (5, 6) an die gekrümmte Oberfläche (2) erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelpunktswinkel mit einem Drehratensensor erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Winkelveränderung quer zu dem Messweg erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelveränderungsmesseinrichtung (16) auf der gekrümmten Oberfläche (2) des Objekts festgelegt wird, und dass das Objekt relativ zu den ortsfest gelagerten Anlageelementen (5, 6) der Messvorrichtung (1) verlagert wird.
Messvorrichtung (1) zum Bestimmen des Krümmungsradius einer gekrümmten Oberfläche (2) eines Objektes mit einer Winkelveränderungsmesseinrichtung (16), mit zwei in einem Gehäuse (4) der Messrichtung beabstandet zueinander angeordneten Anlageelementen (5, 6) und mit einer Weglängenmesseinrichtung (15), die an einem Gehäuse (4) der Messvorrichtung (1) festgelegt oder gelagert ist, wobei die beiden Anlageelemente (5, 6) über eine Oberflächenseite (11) des Gehäuses (4) vorspringend so angeordnet sind, dass die beiden Anlageelemente (5, 6) kontinuierlich an der gekrümmten Oberfläche (2) anliegen, wenn das Gehäuse (4) der Messvorrichtung (1) längs eines Messwegs von einem Startpunkt (17) zu einem Endpunkt (18) in der Messrichtung über die gekrümmte Oberfläche (2) verlagert wird.
Messvorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Weglängenmesseinrichtung (15) ein drehbar gelagertes Reibrad (5) aufweist, dessen Abrollbewegung längs des Messwegs erfasst und dadurch die Messweglänge ermittelt werden kann, wobei das Reibrad (5) gleichzeitig als erstes Anlageelement (5, 6) dienen kann.
Messvorrichtung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (1) einen Drehgeber zur Erfassung einer Drehbewegung des drehbar gelagerten Reibrads (5) während der Abrollbewegung längs des Messwegs aufweist.
Messvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Anlageelement (6) eine drehbar gelagerte Anlagerolle (6) aufweist.
Messvorrichtung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reibraddrehachse (8) des Reibrads (5) und eine Anlagenrollendrehachse (9) der Anlagerolle (6) parallel zueinander und jeweils senkrecht zu der Oberflächenseite (11) des Gehäuses (4) gerichtet sind.
Messvorrichtung (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine um eine parallel zu der Reibraddrehachse (8) um eine Gegendruckrollendrehachse (10) drehbar gelagerte Gegendruckrolle (7) an der Oberflächenseite (11) des Gehäuses (4) vorspringend angeordnet und in einem veränderbaren Abstand zu dem Reibrad (5) so angeordnet ist und in Richtung des Reibrads (5) federbelastet angedrückt wird, dass das Reibrad (5) und die Anlagerolle (6) an einer ersten Außenseite des Profilelements (3) anliegen und die Gegendruckrolle (7) an einer der erste Außenseite gegenüberliegenden zweiten Außenseite des Profilelements (3) anliegt.
Messvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) zwei beabstandet zueinander angeordnete Anlageelemente (6) aufweist, und dass ein Reibrad (5) zwischen den beiden Anlageelementen (6) senkrecht zu einer die beiden Anlageelemente (6) verbindenden Gerade federnd gelagert ist und von der Geraden weg gedrückt wird, sodass das Reibrad (5) während einer Verlagerung der Messvorrichtung (1) relativ zu der gekrümmten Oberfläche (2) des Objektes entgegen der Federkraft ausgelenkt und dabei an die gekrümmte Oberfläche (2) des Objekts angedrückt wird.
Messvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) mindestens einen Handgriff (21) zum manuellen Verlagern des Gehäuses (4) längs eines Messwegs über eine gekrümmte Oberfläche (2) aufweist.