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Die Erfindung betrifft eine Konturerfassungsvorrichtung zur Erfassung eines zwei- oder dreidimensionalen Oberflächenprofils eines Werkstücks, umfassend einen Messschlitten mit einer Abtastvorrichtung, ihrerseits umfassend einen drehbar an einer Drehachse gelagerten Tastarm, der eine Achse definiert, mit mindestens einer an einem Endabschnitt rechtwinklig angeordneten Tastspitze, einen Messwertaufnehmer und einen Messkrafterzeuger zur Erzeugung einer vordefinierten Messkraft, wobei das Werkstück und der Messschlitten zueinander dreidimensional verfahrbar angeordnet sind sowie ein Verfahren zu dessen Verwendung.
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Die Erfassung von geometrisch komplexen Werkstückoberflächen spielt heutzutage eine wichtige Rolle in der Qualitätskontrolle und bei der Überführung von Prototypen oder Designmodellen in die maschinelle Serienfertigung. Ferner kann sie als ein Zwischenschritt in einer Fertigungskette vonnöten sein, um ein digitales Abbild eines Werkstücks zur Weiterverarbeitung in CAD-unterstützenden Systemen und Maschinen bereitzustellen. Im Rahmen vorliegender Erfindung soll vor allem die Vermessung von Gewinden adressiert werden.
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Neben optischen Verfahren zur Oberflächenerfassung finden insbesondere auch hochauflösende mechanische Abtastverfahren breite Verwendung. Derartige Abtastung erfolgt beispielsweise in einer dreidimensional verfahrbaren, insbesondere CNC-gesteuerten Maschine. Dabei kann entweder das Werkstück unbeweglich positioniert sein und dann eine Tastmessvorrichtung entlang geplanter Routen mit vorzugsweise konstanter Geschwindigkeit bewegt werden, oder es kann umgekehrt das Werkstück in Bezug auf eine feststehende Tastmessvorrichtung bewegt sein. In
US 2006/0249675 ,
DE 197 53 303 A1 und
DE 196 17 022 kann der entsprechende technologische Hintergrund eingesehen werden. Als Gattung vorliegender Erfindung wird die Offenlegungsschrift
DE 10 2009 020 294 A1 angesehen, die eine Konturerfassungsvorrichtung offenbart, welche über einen Messschlitten mit einem wippenartig an einer Drehachse gelagerten Tastarm verfügt, an dessen Spitze eine senkrecht abstehende Tastspitze angeordnet ist. Der Messschlitten wird während der Messung geradlinig mit Abstand zur Werkstückoberfläche in eine Bewegungsrichtung bewegt, derart, dass die daran angeordnete Tastspitze durch die Bewegung des Messschlittens nicht beschleunigt wird. Das freie Tastende der Tastspitze liegt mit einer Messkraft auf der Werkstückoberfläche auf und wird während der Messung in eine quer zur Bewegungsrichtung verlaufende Messrichtung ausgelenkt, so dass durch das Oberflächenprofil eine wegabhängige Auslenkung des Tastendes erfolgt. Ein Messwertaufnehmer erfasst eine die Auslenkung des Tastendes in Messrichtung beschreibende Auslenkungsgröße und/oder das Drehmoment.
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Eine typische Anwendung von Konturerfassungsvorrichtungen vorbeschriebener Art ist die Vermessung von Gewindeprofilen und - durchmessern, etwa im Rahmen einer Qualitätskontrolle. Zur Bestimmung eines Gewindedurchmessers werden üblicherweise zwei axiale Linienprofile an diametral gegenüberliegenden Gewindeseiten aufgenommen. Aus den dabei gewonnenen Informationen über die relative räumliche Lage, d.h. den Abstand, und die jeweilige detaillierte Gestalt der beiden Linienprofile lassen sich die relevanten Durchmessermaße, also Außen-, Flanken- und Kerndurchmesser, ableiten.
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Eine große Schwierigkeit besteht dabei allerdings im Auffinden der Gewindemittenebene, die die beiden sich diametral gegenüberliegenden Gewindeabschnitte enthält, an welchen die Linienprofile aufzunehmen sind. Bei inkorrekter Auswahl der Messstrecken für die Linienprofile, d.h. beim Abtasten von Linienprofilen, die nicht auf einer gemeinsamen Gewindemittenebene liegen, ist der aus den Messdaten ermittelte Wert für den Gewindedurchmesser stets kleiner als der wahre Gewindedurchmesser.
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In der Praxis wird ein zu vermessendes Gewinde typischerweise horizontal eingespannt und die vertikale Gewindemittenebene zur Messung ausgewählt, d.h. es werden das oberste und das unterste Linienprofil abgetastet. Zur Bestimmung dieser beiden Zenitlagen wird nach dem Stand der Technik jeweils eine Vormessung durchgeführt, bei der mit der Tastspitze ein die Zenitlage enthaltender Gewindeabschnitt rasterartig abgetastet wird. Dazu wird eine Mehrzahl axialer Linienprofile aufgenommen, wobei zwischen den Messungen ein inkrementeller Vorschub des Gewindes quer zur axialen Bewegungsrichtung des Messschlittens vorgenommen wird, üblicherweise mittels einer entsprechend verfahrbaren Werkstückaufnahme. Dieses aufwändige Vorgehen ist notwendig, da es sich in der Praxis erwiesen hat, dass eine ausschließlich radiale Abtastung des Gewindeprofils, d.h. Aufnahme lediglich eines radialen Linienprofils anstelle einer Mehrzahl radial versetzter, axialer Linienprofile, nicht ausreicht um die Zenitlagen mit der notwendigen Genauigkeit aufzufinden. Die Schwierigkeit besteht darin, dass die Tastspitze bei radialem Vorschub schrägwinklig zum Gewindegang verfährt und das dabei aufgenommene Profil zu komplex ist, um eine verlässliche Bestimmung der Zenitlage anhand dessen vornehmen zu können. Dies umso mehr wenn das Gewinde Verzug aufweist, der beispielsweise bei einem Innengewinde herstellungsseitig dadurch verursacht werden kann, dass der Gewindebohrer nicht exakt parallel in das auf Kerndurchmesser vorgebohrte Loch eingefahren wird.
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Der Nachteil des aufwändigen Rasterverfahrens zur Bestimmung der Zenitlagen besteht offenkundig in dem großen Zeitaufwand mit dem die Aufnahme einer Vielzahl von axialen Linienprofilen einhergeht, welche notwendig sind um eine adäquate Genauigkeit in der Bestimmung der Zenitlagen zu erreichen.
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Vor diesem Hintergrund hat sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu entwickeln, welche die Bestimmung der Gewindezenitlagen in gegenüber dem Stand der Technik wesentlich kürzerer Messdauer ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Konturerfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein diese verwendendes Verfahren gemäß Anspruch 6 gelöst. Die zentrale Idee der Erfindung besteht darin, die Gewindeoberfläche nicht mit einer punktförmigen Sonde abzutasten, wie sie durch das Tastende einer herkömmlichen Tastspitze näherungsweise realisiert wird, sondern über einen linienförmigen Kontakt bzw. eine Mehrzahl an Punktkontakten, die zwischen der Mantelfläche eines zylinderförmigen Antastbolzens und den Scheitel des Gewindeganges gebildet werden. Dadurch wird gewährleistet, dass die Messsonde bei radialem Vorschub nicht in den Gewindegang „abstürzt“, sondern stets entlang des Außen- oder Kerndurchmessers läuft (Außen- bzw. Innengewinde). Ein solcher Antastbolzen stellt erfindungsgemäß eine stirnseitige, axiale Verlängerung des Tastarms dar.
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Im Weiteren werden vorteilhafte Ausführungen der erfindungsgemäßen Konturerfassungsvorrichtung und ihrer Verwendung vorgestellt, welche in geeigneter Form miteinander kombiniert werden können.
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Der Antastbolzen sollte eine verschleißfeste Oberfläche aufweisen, um eine hohe Standzeit ohne Abplattung oder sonstige der Messgenauigkeit abträgliche Oberflächenveränderungen zu gewährleisten. In vorteilhafter Ausführung kann der Antastbolzen daher aus Hartmetall gefertigt sein. Alternativ kann auch eine funktionale Beschichtung auf der Mantelfläche des Antastbolzens abgeschieden sein, um die gewünschte Verschleißfestigkeit zu erzielen, beispielsweise aus diamond-like-carbon (DLC) oder einem keramischen Werkstoff wie SiN oder TiAIN.
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Zur Befestigung des Antastbolzens kann in vorteilhafter Ausführung ein Sackloch in der Stirnseite des Tastarms vorgehalten sein, in welches der Antastbolzen eingeschoben und seitlich durch eine Madenschraube festgeklemmt wird.
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Des Weiteren kann am Ende des Tastarms ein integrierter Messkopf befestigt sein, der Aufnahmen für den Antastbolzen und auch die Tastspitze vorhält bzw. an dem der Antastbolzen fertigungsseitig einteilig angeformt ist. Um eine vertikale Positionierung der Tastspitze zu gewährleisten, sollte die Verbindung des Messkopfes mit dem Tastarm über eine verdrehsichere Befestigung erfolgen, beispielsweise einen Bajonettverschluss oder einen Konus mit Überwurfmutter.
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Im Rahmen der erfindungsgemäßen Verwendung dieser Vorrichtung zur Durchführung der Messung und der Bestimmung des Zenites ist es unabdingbar, dass der Tastbolzen an mindestens zwei benachbarten Gewindegängen anliegt, d.h. die Länge des Antastbolzens ist in axialer Richtung mindestens entsprechend dieser Länge zu wählen. Ein Kontakt nur mit einem einzigen Gewindegang hätte zur Folge, dass eine Ausrichtung des Antastbolzens zu dem zu messenden Gewinde aus geometrischen Gründen grundsätzlich nicht bestimmt wäre. Eine Länge des Antastbolzens über zwei Gewindegänge hinaus (drei oder mehr Gänge) hindert grundsätzlich nicht an der Durchführung des vorgeschlagenen Messverfahrens sondern hätte zur Folge, dass der Winkel, welchen der Antastbolzen annimmt, durch diejenigen beiden Gewindegänge bestimmt wird, die am weitesten zur Mittelachse (bei einem Innengewinde) hineinragen bzw. bei einem Außengewinde axial nach außen überstehen. Die durch die beiden am weitesten überstehenden Gewindegänge definierten Tangentialflächen berührt die Mantelfläche des Abtastbolzens. Dies gilt sowohl bei zylindrischer oder aber auch bei konischer Form des Antastbolzens.
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Die Bestimmung desjenigen Punktes, bei dem der Antastbolzen die beiden äußeren Gewindegänge berührt, geschieht erfindungsgemäß auf folgende Weise:
- Am Beispiel eines Innengewindes wird im Folgenden das Vorgehen beschrieben, wobei sich diese Schritte bei spiegelverkehrter Vorgehensweise in analoger Weise auch auf Außengewinde übertragen lassen.
Der Tastarm wird in einem kleinen Winkel gegen die Horizontale geneigt und fährt dabei im Wesentlichen in radialer Richtung auf das Gewinde zu. Die Länge des Antastbolzens ist so gewählt, dass er zwei Gewindegänge abdeckt. Der Antastbolzen wird zu einem bestimmtem Zeitpunkt mit einem der Gewindegänge in Kontakt treten. Bei einer gleichförmigen Fortsetzung der Bewegung des Tastarmes erfolgt ein Verkippen des Tastarmes um den Drehpunkt solange, bis der Bolzen mit dem zweiten Gewindegang in Kontakt tritt. Dies ist der gesuchte, zur Durchführung der Messungen geeignete Punkt. Bei einer Fortsetzung der Bewegung des Tastarmes in der gleichen Richtung wird der Antastbolzen ausschließlich mit dem zweiten Gewindegang in Kontakt treten. Der Übergang vom einen Gewindegang auf den anderen Gewindegang hat zur Folge, dass das jeweils erzeugte Drehmoment am Tastarm aufgrund unterschiedlicher Länge des Kraftarmes, also dem Abstand des jeweiligen Gewindeganges von der Drehachse, ein unterschiedliches Drehmoment erzeugen wird. Damit beschreibt der Sprung im gemessenen Drehmomentenverlauf den Übergang des Kontakts mit dem einen Gewindegang auf den anderen Gewindegang bzw. die synchrone Anlage an beiden Gewindegängen. Dies ist der gesuchte Punkt, bei dem der Antastbolzen die beiden äußeren Scheitelpunkte der Gewindegänge berührt.
Zur Bestimmung der oberen oder unteren Zenitlage eines horizontal, d.h. mit seiner Zylinderachse parallel zum Tastarm eingespannten Gewindes wird der Antastbolzen unter einer definierten Messkraft mit seiner Mantelfläche unter fortwährendem Kontakt mit den Spitzen der Gewindeflanken gebracht und quer zur Gewindeachse durch die gesuchte Scheitellage verfahren. Der höchste bzw. tiefste Punkt der so gewonnenen Messkurve entspricht den gesuchten oberen oder unteren Zenitlagen. Der Antastbolzen muss den abgetasteten Gewindeabschnitt dabei um mindestens zwei Gewindesteigungen überdecken, um zu gewährleisten, dass er nicht in den Gewindegang hineinfahren kann.
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Die optimalen Ergebnisse wird man dann erhalten, wenn die Messungen einander exakt diametral gegenüberliegend, also insbesondere im oberen und unteren Zenit des Gewindes erfolgen.
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Die gesuchten Abmessungen lassen sich aus den durch den Messwertaufnehmer erhaltenen Daten und durch entsprechende geometrische Auswertungen problemlos gewinnen.
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Die vorbeschriebene Vorgehensweise lässt sich prinzipiell auch auf Außengewinde bei seitenvertauschter Vorgehensweise übertragen d. h. der Tastarm bewegt sich von außen her auf das Außengewinde zu und tritt dort mit den einzelnen Gewindegängen in Kontakt.
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Wie bereits im Einzelnen ausgeführt ist es für die exakte Bestimmung des Durchmessers bzw. der Zenitpunkte von zentraler Bedeutung, den Durchmesser durch den Mittelpunkt des Gewindes zu legen. Das Ausmessen des Gewindes erfolgt in an sich bekannter Weise dadurch, dass eine Relativbewegung zwischen dem Tastarm bzw. der daran befindlichen Tastspitze und dem Werkstück erfolgt und hierbei die Tastspitze die einzelnen Gewindegänge vorzugsweise mit einer vordefinierten gleichförmigen Kraft abgreift und hierdurch ein Profil erstellt. Bei idealzylindrischer Form des Gewindes reicht eine einzige, das gesamte Gewinde durchgreifende und in axialer Richtung gemessene Profilermittlung aus.
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Bei der Profilermittlung eines Konusgewindes ist zusätzlich die Bestimmung der Form des Kegelstumpfes erforderlich, durch welche die Gewindegänge in ihrer Form definiert werden. Es handelt sich hierbei regelmäßig um einen Kegelstumpf mit kreisförmiger Grundfläche wobei der Winkel zwischen Grundfläche und der Mantelfläche ein weiteres entscheidendes Kriterium zur Beschreibung des Konusgewindes darstellt. In einem solchen Fall ist es zwingend erforderlich, die vorbeschriebene Messprozedur an wenigstens zwei verschiedenen Stellen des Kegelmantels durchzuführen, aus der sich dann die Form des Kegelmantels ermitteln lässt.
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Zur Bestimmung der Zenitlagen bei konischen Gewinden ist die Verwendung eines zylindrischen Antastbolzens nur bedingt geeignet, da dieser lediglich einen einzigen Kontaktpunkt mit den Scheiteln der Gewindegänge ausbilden und somit bei radialem Vorschub in den Gewindegang hineinfahren würde. Aus diesem Grund sollte in vorteilhafter Ausführung ein konischer Antastbolzen verwendet werden, dessen Konizität in etwa derjenigen des Gewindes entspricht, wodurch Kontaktpunkte zwischen dem Bolzen und mehreren Spitzen von Gewindesteigungen zustande kommen und auch bei Vorschub des Bolzens quer zur Gewindeachse erhalten bleiben. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass sich dann die Messbereiche bei der Erfassung der Bewegung als auch des jeweiligen ausgeübten Drehmoments auf den Tastarm im optimalen Bereich befinden und deshalb eine besonders sorgfältige Messung gestatten.
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Je nach Durchmesser des zu vermessenden Gewindes sollte ein passend dimensionierter Antastbolzen zur Bestimmung der Zenitlagen verwendet werden. Der Durchmesser des Antastbolzens sollte so klein gewählt werden, dass auch bei einer verschleißbedingten Abplattung seiner Mantelfläche keine im Verhältnis zum Gewindedurchmesser relevante Vergrößerung der Messungenauigkeit bei der Bestimmung der Zenitlagen auftritt. In vorteilhafter Ausführungsform sollte das Verhältnis des Durchmessers des Antastbolzens zum Außen- bzw. Kerndurchmesser eines zu vermessenden Außen- oder Innengewindes daher einen Wert von 0,5 nicht überschreiten.
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Die Ermittlung der Zenitlage erfolgt durch die bereits beschriebene Verwendung des Antastbolzens. Das axiale Gewindeprofil als Linienprofil wird dadurch aufgenommen, dass die Tastspitze in axialer Richtung in der durch den Antastbolzen ermittelten Zenitlage verfahren wird und hierbei die Oberfläche des Gewindes abgreift. Messfehler entstehen immer dann, wenn die Tastspitze bzw. deren zurückgelegte Wegstrecke neben der ermittelten Zenitlage zu liegen kommt. Faktisch wird in einem solchen Fall ein Gewindeprofil außerhalb der Zenitlage gemessen und demzufolge ein Fehler erzeugt.
Hier sind grundsätzlich zwei Arten von Ursachen denkbar, nämlich zum einen eine lateral und/oder eine angular bedingte Abweichung. Bei einer lateralen Abweichung verläuft die durch die Tastspitze und in Längsrichtung derselben definierte Gerade außerhalb der Achse des Antastbolzens.
Bei einer angularen Abweichung verläuft die durch die Tastspitze definierte Gerade zwar durch die Achse des Antastbolzens, liegt jedoch außerhalb des höchsten bzw. des tiefsten Punktes der Gewindezenitlage. In beiden Fällen entsteht ein Messfehler dadurch, dass das erfasste Linienprofil ausserhalb der Zenitlage erfasst wird.
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Beide Messfehler können auch in Kombination miteinander, d. h. gleichzeitig vorliegen. Es handelt sich bei den beschriebenen Fehlern um Abweichungen, die sich durch Abweichung in der Y-Ebene ergeben, die im Wesentlichen senkrecht zur Achse des Antastbolzens verläuft. Unter Verwendung eines Eichobjektes lassen sich die vorbeschriebenen Abweichungen ermitteln und durch Justierung und Korrektur auf mechanischem Wege beseitigen. Im Ergebnis erhält man eine verbesserte Präzession der Messergebnisse.
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Weitere Eigenschaften, Merkmale und Vorteile vorliegender Erfindung ergeben sich aus der im Folgenden anhand der Figuren näher erläuterten, beispielhaften Ausführungen. Diese sollen vorliegende Erfindung nur illustrieren und in keiner Weise einschränken.
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Es zeigen:
- 1 Konturerfassungsvorrichtung nach dem Stand der Technik;
- 2 Illustration der Gewindezenitlagen; und
- 3 Zenitlagenbestimmung eines Innengewindes mit einem erfindungsgemäßen zylindrischen Antastbolzen.
- 4 laterale und/oder angulare Abweichung der Position der Tastspitze von der Zenitlage.
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1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Konturerfassungsvorrichtung 1 nach dem zitierten Stand der Technik. Die Konturerfassungsvorrichtung 1 weist einen Messschlitten 2 auf, der beispielsweise an einer dreiachsigen CNC-gesteuerten Maschine (nicht dargestellt) oder an einem Roboterarm befestigt sein kann.
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Der Messschlitten 2 wird über einer abzutastenden Oberfläche 100 eines Werkstücks 10 vorzugsweise gleichmäßig und geradlinig entlang einer vorgegebenen Route bewegt. Die Koordinaten X, Y, Z zeigen ein gewähltes Koordinatensystem, das in einer dreiachsigen CNC-Maschine beispielsweise vorteilhaft deren Achsenrichtungen entspricht. Es werden nacheinander abzutastende Linien in einer vorgegebenen gewählten Höhe über der abzutastenden Oberfläche 100 entlang der Achse X angefahren. Die feine Abtastung der Höhenunterschiede, hier beispielsweise in Z-Richtung festgelegt, erfolgt mithilfe einer im Messschlitten 2 angeordneten Abtastvorrichtung, deren wesentliches Element ein wippenartig drehbar an einer Drehachse 5 gelagerter Tastarm 6, 6' ausmacht. Dieser Tastarm 6, 6' ist möglichst leichtgewichtig und daher feingliedrig ausgebildet, sodass er eine schnelle mechanische Bewegungsdynamik aufweist. An seinem äußeren Ende weist der Tastarm 6 eine vorzugsweise senkrecht zu ihm angebrachte Tastspitze 7 auf, deren Tastende 71 zur Kontaktierung der abzutastenden Oberfläche 100 dient. Die abzutastende Höhendifferenz des Oberflächenprofils 100 ist eine geometrische Funktion des Auslenkungswinkels. Infolge der Drehbewegung des Tastarmes 6 um die Drehachse 5 erfolgt eine Verschiebung des Kontaktpunktes der Tastspitze 7 in der Bewegungsrichtung X des Messschlittens 2. Diese geometrischen Abweichungen können in einer Messwertauswerteelektronik rechnerisch berücksichtigt werden. Es ist ein Krafterzeuger 3 vorgesehen, um eine vordefinierte Messkraft Fm zu erzeugen, mit der das Tastende 71 der Tastspitze 7 gegen die abzutastende Oberfläche 100 angepresst wird. Zwischen Messkrafterzeuger 3 und Drehachse 5 ist ein Messwertaufnehmer 4 zur Erfassung der Wegänderung angeordnet.
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2 dient der Illustration der Gewindezenitlagen hP, tP. Gezeigt ist die axiale Aufsicht entlang der Koordinatenachse X auf ein eingespanntes Werkstück 10 mit zylindrischem Innengewinde 102.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung nebst erfindungsgemäßem Verfahren dient der Bestimmung der Gewindezenitlagen, d.h. dem höchsten und/oder tiefsten Punkt hP, tP, welche in der Gewindemittenebene M liegen. Im Falle einer Gewindevermessung ist das Auffinden dieser Ebene M notwendig, um aus den darin gewonnenen Linienprofilen den wahren Gewindedurchmesser ableiten zu können. Bei Messverfahren nach dem Stand der Technik kann im Gegensatz dazu nicht hinreichend verhindert werden, dass die Gewindevermessung auf Linienprofilen basiert, welche in einer zur Gewindemittenebene M parallel verschobenen, falschen Messebene F gemessen wurden. In letzterem Fall ist ganz offensichtlich ein zu kleiner Messwert für den Gewindedurchmesser zu erwarten.
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3 zeigt die Verwendung einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Konturerfassungsvorrichtung 1 zur Bestimmung der unteren Zenitlage eines horizontal in einer Werkstückaufnahme 12 eingespannten Innengewindes 10. Dazu ist der Antastbolzen 8 mit seiner Mantelfläche in Kontakt mit den Spitzen der Gewindeflanken 102 gebracht worden, wobei er so tief in das Gewinde 10 eingeführt wurde, dass er stets wenigstens zwei Gewindesteigungen 11 überdeckt und somit die Abtastung über eine ebensolche Anzahl an Kontaktpunkten von statten geht. Dadurch ist gewährleistet, dass der Antastbolzen 8 stets entlang des Gewindekerndurchmessers verfährt und die Messung nicht den darunter verlaufenden Gewindegang betrifft. Die zur korrekten Bestimmung des Gewindedurchmessers gesuchte untere Zenitlage entspricht somit dem tiefsten Punkt des von dem Antastbolzen 8 abgefahrenen Kreissegmentes α. Nach derartiger Bestimmung der unteren Zenitlage wird in dieser mit der Tastspitze 7 ein axiales Linienprofil aufgenommen, bevor die gesamte Prozedur an der diametral gegenüberliegenden, oberen Zenitlage wiederholt wird.
In 3 findet ein integrierter Messkopf 9 Verwendung, an dem der Antastbolzen 8 mittels einer Madenschraube 92 befestigt ist, und der des Weiteren auch eine Aufnahme für eine Tastspitze 7, hier in einer Ausführungsform mit zwei Tastenden 71, 71', umfasst. Die Befestigung des Messkopfes 9 am Ende des Tastarmes 6 wird in der hier dargestellten Ausführungsform über einen Bajonettverschluss mit Überwurfmutter 91 realisiert.
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4 zeigt in schematisch gehaltener Darstellung eine Tastspitze 7 mit zwei einander gegenüberliegenden und axial zueinander ausgerichtete Tastenden 71, 71'.
Die in ausgezogener Linienführung dargestellte Tastspitze 7 beschreibt die Tastspitze in ihrer optimalen Position. Dabei ist das obere Tastende 71 auf die Gewindezenitlage höchster Punkt hP ausgerichtet. Die durch die beiden Tastenden 71, 71' bzw. durch die Mittelebene der Tastspitze 7 verlaufende Gerade stellt einen Axialschnitt durch den Antastbolzen 8 dar. Hierdurch wird die ideale fehlerfreie Messposition erkennbar.
Demgegenüber ist in punktierter Linienführung eine Tastspitze 7 beschrieben, die sowohl in lateraler als auch in angularer Richtung von dieser optimalen Position abweicht. Hier verläuft die durch die beiden Tastenden 71, 71' verlaufende Gerade außerhalb der Mitte des Antastbolzens 8 mit Abweichungen, die zum einen durch eine laterale Verschiebung nach rechts zu (laterale Abweichung) und zum anderen auch eine Drehung im Uhrzeigersinne gegenüber der Idealposition aufweisen (angulare Abweichung). Eine angular Abweichung liegt demnach auch dann vor, wenn die Gerade durch die Achse des Antastbolzens 8 verläuft.
Beiden Fehlern ist gemeinsam, dass die durch die Tastspitze beschriebene Bewegungsbahn außerhalb der Zenitlage verläuft, so dass man ein Linienprofil bei faktisch geringerem Durchmesser der Schraube erhält. Eine optimale Bestimmung der Zenitlage erweist sich dann als wertlos.
Durch den Einsatz eines Eichobjektes lassen sich die Abweichungen am oberen Ende, d. h. von der Gewindezenitlage mit höchstem Punkt um Δy2 und am unteren Ende mit Abweichungen in der Richtung Δy1 feststellen und ermitteln und hieraus die Grösse der jeweiligen Fehler (lateral bzw. angular) ermitteln. Durch eine entsprechenden Justierung beispielsweise auf mechanischem Wege lassen sich dann diese ermittelten Fehler im gewünschten und notwendigen Umfang korrigieren.
Das Ergebnis ist eine wesentliche Erhöhung der Messpräzession.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Konturerfassungsvorrichtung
- 2
- Messschlitten
- 3
- Messkrafterzeuger
- 31
- elektrischer Anschluss
- 4
- Messwertaufnehmer
- 41
- elektrischer Anschluss
- 5
- Drehachse
- 6, 6'
- Tastarm
- 7
- Tastspitze
- 71, 71'
- Tastende
- 8
- Antastbolzen
- 9
- Messkopf
- 91
- Überwurfmutter
- 92
- Madenschraube
- 10
- Werkstück
- 100
- Werkstückoberfläche
- 101
- Gewindeflanken
- 102
- Spitzen der Gewindeflanken
- 11
- Gewindesteigung
- 12
- Werkstückaufnahme
- X, Y, Z
- Koordinatensystem
- Fm
- Messkraft
- α
- Kreissegment
- hP
- Gewindezenitlage höchster Punkt
- tP
- Gewindezenitlage tiefster Punkt
- M
- Gewindemittenebene
- F
- falsche Messebene
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2006/0249675 [0003]
- DE 19753303 A1 [0003]
- DE 19617022 [0003]
- DE 102009020294 A1 [0003]
