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Die Erfindung betrifft einen Messkopf zur Bestimmung einer Lochrandkontur eines Bohrlochs gemäß dem Anspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Messeinrichtung zur Bestimmung einer Lochrandkontur gemäß Anspruch 6, sowie ein Verfahren zur Bestimmung einer Lochrandkontur gemäß Anspruch 8.
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Die in Bauteilwandungen eingebrachten Bohrungen, insbesondere bei gekrümmten Bauteilwandungen, weisen in der Regel komplexe und schwer zugängliche Lochrandkonturen auf.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Messkopf und eine Messeinrichtung und ein Messverfahren anzugeben, mit der die in Bohrrichtung abgewandte Lochrandkontur bestimmt werden kann, und ein Verfahren, mit dem die Lochrandkontur definiert bearbeitet werden kann.
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Die Aufgabe wird für den Messkopf durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, für die Messeinrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 6 und für das Verfahren zur Bestimmung einer Lochrandkontur durch die Merkmale des Anspruchs 8.
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Die Unteransprüche bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
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Ein erfindungsgemäßer Messkopf umfasst eine Drehaufnahme zum Einsetzen in eine Werkzeugmaschine. Die Drehaufnahme definiert dabei eine Drehaufnahmeachse, um welche die Drehaufnahme drehbar ist. An der Drehaufnahme ist erfindungsgemäß ein relativ zur Drehaufnahme axial, nämlich parallel zur Drehaufnahmeachse verschieblicher Taster-Träger angeordnet, der an seinem freien Ende einen Taster trägt. Der Taster-Träger ist gegenüber der Drehaufnahme exzentrisch gelagert, wodurch der Taster-Träger wie auch der Taster radial beabstandet zur Drehaufnahmeachse liegt.
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Der Taster-Träger ist derart gegen eine Vorspannung in Axialrichtung linear verfahrbar, dass der axiale Abstand des Tasters gegenüber der Drehaufnahme gegen die Federkraft veränderbar ist. Der Messkopf weist ferner eine Messeinrichtung zur Bestimmung der axialen Verschiebung des Tasters gegenüber der Drehaufnahme auf.
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Ein solcher Messkopf kann mit seiner Drehaufnahme in eine handelsübliche Werkzeugmaschine, insbesondere eine Mehrachsen-Werkzeugmaschine, eingebaut werden.
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Von der Werkzeugmaschine geführt, kann der Taster mit seinem Taster-Träger durch das zu vermessende Bohrloch gefahren werden, bis der Taster dieses auf der gegenüberliegenden Bohrlochseite überragt. Dann kann die Drehaufnahme durch Parallelverschiebung der Drehachse so ausgerichtet werden, dass die Bohrlochachse und die Drehaufnahmeachse übereinander liegen, wobei in dieser Einstellung der Taster geringfügig radial beabstandet zur Lochkante an dem Bauteil am Lochrand anliegen kann. Der radiale Abstand des Tastelementes zur Kante des Bohrloches zur Innenkontur hin bewegt sich regelmäßig im Bereich von 0,1 mm bis 2 mm Überlappung, sodass der Messtaster im Bereich der inneren Kontur anliegen kann. Von der Werkzeugmaschine geführt, wird der Taster mit seinem Taster-Träger axial entlang der Achse des Bohrloches solange bewegt, bis der Taster an der Kontur anliegt und die Feder soweit vorgespannt ist, dass der Weg der Federvorspannung ausreichend ist und der Taster beim Abtasten der Kontur sicher gegen die Federkraft anliegt.
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Liegt nun der Taster an der Lochrandkontur an und der Taster-Träger ist ausreichend vorgespannt, wird der Taster um die Achse des Mittelpunktes des Bohrloches gedreht, wobei jeder Drehwinkelposition eine axiale Position zugeordnet wird.
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Auf diese Weise können mit einem erfindungsgemäßen Messkopf Lochrandkonturen, die innerhalb von Bauteilen oder Gehäusen liegen, bestimmt und entsprechend behandelt und entgratet werden, obwohl diese nicht unmittelbar zugänglich sind.
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Die Kontur des Tasters sowie der Abtastpunkt des Tasters sind bevorzugt so bestimmt, dass ein Grat, welcher bei der Fertigung eines Bohrloches entstehen kann, nicht von dem Taster erfasst wird, sondern der Taster radial versetzt von dem Grat die Kontur abfährt. Auf diese Weise kann der Taster radial außerhalb eines Grats die Lochrandkontur bestimmen, ohne dass die Drehbewegung durch den Grat gestört wird.
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Insbesondere ist der Taster-Träger linearverschieblich und verdrehgesichert gegenüber der Drehaufnahme gelagert, so dass die Drehbewegung über die Drehaufnahme auf den Taster übertragen wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung kann der Taster eine Tastrolle umfassen, die um eine Achse orthogonal zur Drehaufnahmeachse drehbar ist. So kann die Lochrandkontur zuverlässig abgefahren werden.
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Alternativ kann der Taster aber auch in Form einer balligen Spitze ausgebildet sein.
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Der Messkopf kann zudem eine Schnittstelle zur Übergabe der Messdaten der Messeinrichtung zur Bestimmung der axialen Verschiebung des Tasters an eine übergeordnete Auswerteeinheit umfassen.
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Dies ermöglicht einer übergeordneten Auswerteeinheit die automatische Erfassung und Zuordnung von Drehwinkeldaten und Axialverschiebungsdaten.
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Die Vorspannung, die bei Auszug des Taster-Trägers auf diesen aufgebracht wird, kann bevorzugt durch eine Feder erfolgen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung betrifft diese eine Messeinrichtung, die einen zuvor beschriebenen Messkopf, eine Drehwinkelerfassungseinrichtung und eine Auswerteeinheit umfasst, wobei die Auswerteeinheit mit der Drehwinkelerfassungseinrichtung und der Messeinrichtung zur Bestimmung der axialen Verschiebung des Tasters verbunden ist. Die Auswerteeinheit erstellt dann aus der axialen Verschiebung des Tasters über den Drehwinkel eine Lochrandkontur.
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Bevorzugt umfasst die Messeinrichtung eine Werkzeugmaschine, die eine Dreheinrichtung, eine Drehwinkelerfassungseinrichtung und eine Auswerteeinheit aufweist. Der Messkopf weist dazu insbesondere eine Schnittstelle auf, die die Übertragung der Axialverschiebungs-Daten an die Werkzeugmaschine ermöglicht. So kann die Werkzeugmaschine über alle notwendigen Daten verfügen und in einer Maschine die Auswertung der Lochrandkontur durchführen.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung einer Lochrandkontur einer von der Messeinrichtung abgewandten Oberfläche eines Bohrlochs, wobei eine Messeinrichtung gemäß einer der vorangehenden Ansprüche mit ihrer Drehaufnahme in eine Werkzeugmaschine eingesetzt ist, die zuerst den Tastkopfträger durch das Bohrloch führt, bis der Taster des Tastkopfträgers auf der abgewandten Seite vollständig aus der Bohrung tritt, woraufhin die Drehaufnahme mit ihrer Drehachse fluchtend zur Mittelachse der Bohrung eingestellt wird. Daraufhin wird die Drehaufnahme entgegen der Einführrichtung wegbewegt, wodurch sich der in der Messposition befindliche Taster unter Vorspannung an den Lochrand andrückt, wobei unter Drehung die axiale Verschiebung des Tasters über den Drehwinkel aufgezeichnet wird und so die Lochrandkontur bestimmt wird.
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Bei der Ermittlung der Lochrandkontur kann insbesondere auch die Geometrie des Tasters in der Auswerteeinheit hinterlegt sein, so dass Einflüsse, die aufgrund der Tastergeometrie die Messung verfälschen könnten, bei der Ermittlung der Lochrandkontur berücksichtigt werden können.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann von der Auswerteeinheit auf die theoretisch vorhandene Lochrandkontur zurückgegriffen werden. Dadurch können Messergebnisse plausibilisiert oder korrigiert werden.
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In Kenntnis der genauen Lochrandkontur können dann beispielsweise Sensoren, die in entsprechende Bohrungen eingesetzt werden sollen, genauer platziert werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung betrifft diese ein Verfahren zum Nachbearbeiten eines Lochrandes, umfassend ein zuvor beschriebenes Verfahren zur Bestimmung einer bestimmten Lochrandkontur. Dazu wird ein Profilwerkzeug an einer Werkzeugmaschine befestigt, das exzentrisch an einer Drehaufnahme angebracht ist, wobei das Profilwerkzeug einen radialen Abstand zur Drehachse der Drehaufnahme aufweist und der dem Drehwinkel zugeordnete axiale Abstand entsprechend der aufgezeichneten Lochrandkontur eingestellt wird, so dass eine Bearbeitung auf die Lochrandkontur abgestimmt ist. Mit der aus dem Verfahren zur Bestimmung der Lochrandkontur gewonnenen Kurve über den Drehwinkel kann der gesamte Bereich über einen Drehwinkel von 360° mit dem Profilwerkzeug abgefahren werden.
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Der dem Profilprozess zu Grunde gelegte Verlauf kann durch die Messung der Lochrandkontur erfolgen, wobei diese beabstandet zur Lochkante erfolgt, so dass eine Messung der Lochrandkontur radial außerhalb eines potentiell entstandenen Grats erfolgt. Anhand von Fertigungsdaten des Bauteils kann eine Ermittlung der gewünschten Lochrandkontur bis zum Lochrand bestimmt werden. Mit dem Profilwerkzeug kann eine Lochrandkontur bis zur Lochkante erzeugt werden, indem überschüssiges Material durch das Profilwerkzeug vom Lochrand abgetragen wird.
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So kann zuverlässig und sehr genau eine definierte Lochrandkontur eingestellt werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.
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In der Beschreibung, in den Ansprüchen und in der Zeichnung werden die in der unten aufgeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet. In der Zeichnung bedeutet:
- 1 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Messkopfs während der Einführung in ein Bohrloch;
- 2 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Messkopfs gemäß 1 nach der Einführung in ein Bohrloch und nach Ausrichtung des Messkopfs;
- 3 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Messkopfs gemäß 1 nach Vorspannung des Tasters;
- 4 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Messkopfs gemäß 1 nach Drehung des Messkopfs um 180°, und
- 5 eine schematische Darstellung einer Drehaufnahme aufweisend ein Profilwerkzeug.
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1 zeigt ausschnittsweise einen erfindungsgemäßen Messkopf 10 in Schnittansicht. Der Messkopf 10 umfasst eine Drehaufnahme 12, die eine Drehaufnahmeachse DA definiert. In der Drehaufnahme 12 ist ein Taster-Träger 14 aufgenommen. Der Taster-Träger 14 ist exzentrisch zur Drehaufnahmeachse DA angeordnet und trägt an seinem freien Ende einen Taster 16, der in Form einer Tastrolle ausgebildet ist, die in ihrer Drehachse orthogonal zur Drehaufnahmeachse DA ausgerichtet ist. Der Taster 16 ist in seinem Ausgangszustand im Abstand A zur Drehaufnahme 12 beabstandet. Als Referenz kann beispielsweise das dem Taster 16 nächstliegende Ende der Drehaufnahme herangezogen werden. Der Taster-Träger 14 ist in der Drehaufnahme 12 linear verschiedentlich gelagert, wobei der Abstand A gegen eine Vorspannung, die durch eine Feder 18 erzeugt wird, vergrößert werden kann.
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Ferner ist der Taster-Träger 14 drehfest gegenüber der Drehaufnahme 12 mit dieser gekoppelt. In der Drehaufnahme 12 ist ein Linearbewegungssensor 20 vorgesehen, der die axiale Bewegung des Taster-Trägers 14 erfasst.
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Auf diese Weise kann eine axiale Relativposition des Tasters 16 zur Drehaufnahme 12 erfasst werden.
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1 zeigt den Messkopf 10 in einer Einführ-Position, bei der der Taster-Träger 14 nebst dem Taster 16 durch ein Bohrloch 28, das in eine Gehäusewand 30 eines Stellventils eingebracht wurde, eingeführt wird, wobei die Lochrandkontur 34 des Bohrlochs 28 vermessen werden soll. Festzustellen ist, dass die axiale Ausdehnung des Taster-Trägers 14 so gestaltet ist, dass der Abstand A, der sich in der Ausgangsposition des Messkopfs 10 ergibt, größer als die Tiefe des Bohrlochs ist. Zum Einführen des Messkopfes wird der Messkopf 10 mit seiner Drehaufnahmeachse DA exzentrisch, aber parallel zur Lochachse LA ausgerichtet, so dass der Taster-Träger 14 durch das Bohrloch 28 geführt werden kann.
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Der Taster-Träger 14 wird durch das Bohrloch 28 geführt, bis der Taster 16 über die Gehäusewand 30 hinausragt. Dann wird, wie dies in 2 dargestellt ist, die Drehaufnahme 12 parallel zur Lochachse LA verfahren, bis die Lochachse LA und die Drehaufnahmeachse DA aufeinander liegen und somit der Taster 16 über der zu vermessenden Lochrandkontur 38 liegt.
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Dann wird, wie dies in 3 dargestellt ist, die Drehaufnahme 12 axial entgegen der Bohrrichtung und gegen die Vorspannung, die von der Feder 18 bereitgestellt wird, verfahren, so dass sich der Abstand A zwischen dem Taster 16 und der Drehaufnahme 12 vergrößert. Über diesen Bereich kann dann aufgrund der Rückstellung der Feder 18 die Lochrandkontur 34 genau abgetastet werden.
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Der Sensor 20 kann dabei die axiale Relativbewegung des Taster-Trägers 14 feststellen.
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4 zeigt eine Position, bei der der Messkopf 10, in Bezug auf die Ausgangsposition in 3, um 180° gedreht wurde. Der Abstand A hat sich im vorliegenden Fall dabei entsprechend über den Drehwinkel reduziert. Diese Änderung über den Drehwinkel wird von der Auswerteeinheit aufgezeichnet und stellt die Grundlage für die ermittelte Lochrandkontur dar.
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Zudem zeigt die 4 neben dem Messkopf 10 auch schematisch eine Werkzeugmaschine 40, die in den 1 bis 3 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt war. Die Werkzeugmaschine 40 umfasst ein drehendes Spannfutter 50, einen Drehwinkelsensor 42, der den Drehwinkel der Drehaufnahme 12 erfassen kann, sowie eine Auswerteeinheit 44 zur Bestimmung der Lochrandkontur 38. Ferner weist die Drehaufnahme 12 eine Schnittstelle auf, über die das Messergebnis des Sensors 20 zur Messung der Linearverschiebung des Taster-Trägers 14 ebenfalls an die Auswerteeinheit 44 über entsprechende Schnittstellen 46 übermittelt werden kann. In 4 ist lediglich der Signalpfad abgebildet, den der Fachmann bedarfsgemäß umsetzt. So kann die Auswerteeinheit die Daten des Drehwinkelsensors 42 und des Sensors 20 zur Ermittlung der Linearverschiebung zu einer Lochrandkontur 38 vereinen.
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Ausgehend von dieser ermittelten Lochrandkontur 38 kann dann eine Profilbearbeitung der Lochrandkontur erfolgen, wie sie mit einem Profilwerkzeug, das gemäß 5 als Entgratwerkzeug 48 ausgebildet ist, erfolgen kann, indem die Werkzeugmaschine mit dem entsprechenden Entgratwerkzeug 48 eine Lochrandkontur 38, insbesondere entlang der Lochkante, abfährt, wie sie, wie zuvor beschrieben, sich auf Grundlage der Messung der Lochrandkontur 38 ergibt.
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Auf diese Weise kann eine genau gearbeitete Lochrandkontur 38, die den Anwendungsbedürfnissen angepasst ist, hergestellt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Messkopf
- 14
- Taster-Träger
- 16
- Taster
- 18
- Feder
- 20
- Linearbewegungssensor
- 28
- Bohrloch
- 30
- Gehäusewand
- 38
- Lochrandkontur
- 40
- Werkzeugmaschine
- 42
- Drehwinkelsensor
- 44
- Auswerteeinheit
- 46
- Schnittstellen
- 48
- Entgratwerkzeug
- 50
- Spannfutter
- A
- Abstand
- DA
- Drehaufnahmeachse
- LA
- Lochachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3942206 A1 [0003]
- US 2006/0235636 A1 [0003]
- DE 202009006337 U1 [0003]
