DE102020133454B3

DE102020133454B3 - Procedure for 3D position measurement of a thread

Info

Publication number: DE102020133454B3
Application number: DE102020133454.0A
Authority: DE
Inventors: István Török
Original assignee: Audi Hungaria Kft
Current assignee: Audi Hungaria Kft
Priority date: 2020-12-15
Filing date: 2020-12-15
Publication date: 2022-06-02
Anticipated expiration: 2040-12-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur 3D-Positionsmessung eines in einem Werkstück (5) ausgebildeten Muttergewindes (7) mit einer 3D-Messmaschine, die einen Taster (16) aufweist, der bei der 3D-Positionsmessung in Tasteingriff mit dem Gewindeprofil des Muttergewindes (7) ist. Erfindungsgemäß erfolgt bei der 3D-Positionsmessung eine einseitige Flanken-Antastung, bei der der Taster (16) der 3D-Messmaschine nur einseitig, das heißt entweder nur mit der Zugflanke (10) oder nur mit der Schubflanke (12) des Muttergewindes (7), in Tasteingriff ist.The invention relates to a method for 3D position measurement of a nut thread (7) formed in a workpiece (5) using a 3D measuring machine which has a probe (16) which, during the 3D position measurement, is in tactile contact with the thread profile of the nut thread (7th ) is. According to the invention, the 3D position measurement involves one-sided flank probing, in which the probe (16) of the 3D measuring machine is only touched on one side, i.e. either only with the pulling flank (10) or only with the pushing flank (12) of the nut thread (7). , is in touch.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur 3D-Positionsmessung eines, in einem Werkstück ausgebildeten Muttergewindes nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a method for 3D position measurement of a nut thread formed in a workpiece according to the preamble of claim 1.

In einer Hubkolben-Brennkraftmaschine kann der Zylinderkopf über Schraubverbindungen mit einem Abschirmblech verbunden sein. Jede dieser Schraubverbindungen weist einen Schraubbolzen auf, der in einem im Zylinderkopf ausgebildeten Muttergewinde eingeschraubt ist und das Abschirmblech am Zylinderkopf festspannt.In a reciprocating internal combustion engine, the cylinder head can be connected to a shielding plate via screw connections. Each of these screw connections has a screw bolt which is screwed into a nut thread formed in the cylinder head and tightens the shielding plate on the cylinder head.

In einem gattungsgemäßen Verfahren erfolgt eine 3D-Positionsmessung eines in einem Werkstück ausgebildeten Muttergewindes mit einer 3D-Messmaschine, die einen Taster aufweist, der bei der 3D-Positionsmessung in Tasteingriff mit dem Gewindeprofil des Muttergewindes ist.In a generic method, a 3D position measurement of a nut thread formed in a workpiece is carried out with a 3D measuring machine that has a probe that is in tactile engagement with the thread profile of the nut thread during the 3D position measurement.

Den Ausgangspunkt der Erfindung bildet der folgende Sachverhalt: So erfolgt die oben erwähnte Abschirmblech-Befestigung am Zylinderkopf mittels einer speziellen Schraubverbindung, bei der der Schraubbolzen in das Muttergewinde des Zylinderkurbelgehäuses eingeschraubt ist, und zwar unter axialem Spannungsaufbau in der zur Einschraubrichtung gegenläufigen Zugrichtung. In dieser Schraubverbindung sind die in die Zugrichtung weisenden Schraubbolzen-Zugflanken in Druckanlage mit den zugewandten Muttergewinde-Zugflanken gebracht, während die entgegen der Zugrichtung weisenden Schraubbolzen-Schubflanken außer Druckanlage mit den zugewandten Muttergewinde-Schubflanken gebracht sind. Entsprechend sind bei dieser speziellen Schraubverbindung lediglich die Schraubbolzen-Zugflanken sowie die Muttergewinde-Zugflanken für die Schraubverbindungsfestigkeit von Relevanz, während die Schraubbolzen-Schubflanken sowie die Muttergewinde-Schubflanken keine Rolle bei der Schraubverbindungsfestigkeit spielen.The starting point of the invention is the following facts: The above-mentioned shielding plate is attached to the cylinder head by means of a special screw connection, in which the screw bolt is screwed into the nut thread of the cylinder crankcase, with axial tension building up in the opposite pulling direction to the screwing-in direction. In this screw connection, the bolt tension flanks pointing in the tension direction are brought into pressure contact with the nut thread tension flanks facing, while the bolt shear flanks pointing counter to the tension direction are brought out of pressure contact with the nut thread shear flanks facing. Accordingly, only the bolt tension flanks and the nut thread tension flanks are relevant for the bolt connection strength in this special bolted connection, while the bolt shear flanks and the nut thread shear flanks play no role in the bolt connection strength.

In diesem Zusammenhang offenbart zum Beispiel die DE 196 13 175 A1 ein Verfahren zur Messung von Gewindekenngrößen durch eine einseitige Gewindemessung an Innengewinden. Darüber hinaus offenbart die EP 2 719 994 A1 ein weiteres Gewindeprofilmessverfahren.In this context, for example, disclosed DE 196 13 175 A1 a method for measuring thread parameters by measuring one-sided thread on internal threads. In addition, the EP 2 719 994 A1 another thread profile measurement method.

Vor diesem Hintergrund hat sich der Einsatz von konventionellen Gewindemessmethoden als nicht zielführend erwiesen, bei denen mittels eines Tasters der 3D-Messmaschine gleichzeitig sowohl die Schub- als auch Zugflanken des Muttergewindes gemessen und ausgewertet werden, oder alternativ die Antastung nur auf die Kernbohrung des Gewindes gerichtet wird, und zwar ohne eine Flankenantastung.Against this background, the use of conventional thread measuring methods has proven to be ineffective, in which both the push and pull flanks of the nut thread are measured and evaluated simultaneously using a probe on the 3D measuring machine, or alternatively the probing is only directed at the core bore of the thread is, without an edge touch.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Gewindepositionsmessung und zur Gewindemessung bereitzustellen, bei dem im Vergleich zum Stand der Technik zusätzliche Freiheitsgrade ermöglicht sind.The object of the invention is to provide a method for measuring the position of the thread and for measuring the thread, in which additional degrees of freedom are made possible compared to the prior art.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.The object is solved by the features of claim 1. Preferred developments of the invention are disclosed in the dependent claims.

Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 wird bei der 3D-Positionsmessung eine einseitige Flanken-Antastung durchgeführt. Bei der einseitigen Flanken-Antastung wird der Taster der 3D-Messmaschine nur einseitig, das heißt entweder nur mit der Zugflanke oder nur mit der Schubflanke des Muttergewindes in Tasteingriff gebracht.According to the characterizing part of claim 1, a one-sided flank probing is carried out in the 3D position measurement. In the case of one-sided flank probing, the probe of the 3D measuring machine is only brought into probing engagement on one side, i.e. either only with the pulling flank or only with the pushing flank of the nut thread.

Bei der 3D-Positionsmessung wird ausschließlich der Flankenverlauf der relevanten Zugflanke (oder alternativ Schubflanke) berücksichtigt, während die nicht maßgebliche Muttergewinde-Schubflanke (oder alternativ Zugflanke) ohne Einfluss auf die 3D-Positionsmessung ist.In the 3D position measurement, only the profile of the relevant tension flank (or alternatively the tension flank) is taken into account, while the non-relevant nut thread shear flank (or alternatively the tension flank) has no influence on the 3D position measurement.

In einer technischen Umsetzung kann die einseitige Flanken-Antastung des Tasters in unterschiedlichen Antaststrategien erfolgen: In einer ersten Anstatstrategie erfolgt ein Scannen an der zu messenden Gewindeflanke, das heißt eine kontinuierliche, schraubenlinienförmige Antastung, bei der der Taster entlang der Flankenfläche der Gewindeflanke des Muttergewindes bewegt wird. Dies kann bevorzugt in zwei oder mehr Antast-Spuren erfolgen.In a technical implementation, the one-sided flank probing of the probe can take place using different probing strategies: In a first probing strategy, the thread flank to be measured is scanned, i.e. continuous, helical probing is carried out in which the probe moves along the flank surface of the thread flank of the nut thread becomes. This can preferably be done in two or more probing tracks.

Alternativ kann in einer zweiten Antaststrategie eine Punktaufnahme von einzelnen Antast-Punkten stattfinden, und zwar entlang der Flankenfläche der Gewindeflanke des Muttergewindes. In diesem Fall wird (im Vergleich Scanning) die aufgenommene Punktzahl stark reduziert. Auch hier kann die Punktaufnahme bevorzugt in zwei oder mehr Antast-Spuren erfolgen. Hierzu wird ein punktförmiges Antasten in mehreren Höhenabschnitten entlang der Gewindelänge wie folgt ausgeführt: Innerhalb einer Gewindesteigung pro Antastspur wird mit mindestens drei Antast-Punkten - gleichmäßig verteilt - die Punktaufnahme an der Gewindeflanke durchgeführt. Bevorzugt sind mindestens drei oder mehr Antastpunkte pro Antastspur und pro Gewindesteigung bereitgestellt. Zudem werden diese punktuellen Antastungen in dem zu prüfenden Gewindebereich vermehrt. Dies soll entsprechend der Antastspur-Zahl wiederholt werden. Es werden also drei, vier oder mehr Gewinde-Achsschnittebenen definiert, welche gleichmäßig verteilt sind. Eine auf der Gewindeflanke laufende schraubenförmige Linie (Antastspur von Scanning) schneidet die voneinander gleichmäßig verteilten Achsschnitt-Ebenen. Die so entstandeten Schnittpunkte werden dann als Antastpunkte definiert. Die Punktaufnahme ist insbesondere in vier oder mehr Achsabschnitten und mindestens auf zwei Spuren optimal.Alternatively, in a second probing strategy, a point recording of individual probing points can take place, namely along the flank surface of the thread flank of the nut thread. In this case (compared to scanning) the recorded number of points is greatly reduced. Here, too, the point recording can preferably take place in two or more probing tracks. For this purpose, punctiform probing is carried out in several vertical sections along the length of the thread as follows: Within a thread pitch per probing track, the point recording on the thread flank is carried out with at least three probing points - evenly distributed. At least three or more contact points per contact track and per thread pitch are preferably provided. In addition, these punctual probings are increased in the thread area to be checked. This should be repeated according to the number of scanning tracks. So three, four or more thread axis section planes are defined, which are evenly distributed. A helical line running on the flank of the thread (scanning trace) intersects the evenly spaced axial section planes. The resulting intersections are then defined as touch points. The point recording is particularly optimal in four or more axis sections and at least on two tracks.

Der Taster kann kugelförmig oder zur Bauraumreduzierung nur halbkugelförmig ausgebildet sein. Für die Flanken-Antastung kann der Taster-Kugeldurchmesser zirka 0,3 bis 0,5 mm betragen. Der Kugeldurchmesser hängt von der Gewindegröße ab. Bei einem derart kleinen Taster-Kugeldurchmesser ist eine einseitige Flanken-Antastung entweder an der Zugflanke oder an der Schubflanke ermöglicht.The button can be spherical or only hemispherical to reduce installation space. For flank probing, the probe ball diameter can be around 0.3 to 0.5 mm. The ball diameter depends on the thread size. With such a small probe ball diameter, one-sided flank probing is possible either on the pulling flank or on the pushing flank.

Vor der eigentlichen 3D-Positionsmessung kann eine Grobmessung durchgeführt werden. Bei der Grobmessung wird eine Gewinde-Grobposition des Gewinde/Gewindegrabens des Muttergewindes von der 3D-Messmaschine messtechnisch grob erfasst, um die 3D-Positionsmessung zu ermöglichen. Die bei der Grobmessung erfasste Gewinde-Grobposition wird in ein, in der 3D-Messmaschine softwaremäßig hinterlegtes Werkstück-Koordinatensystem eingelesen.A rough measurement can be carried out before the actual 3D position measurement. During the rough measurement, a rough thread position of the thread/thread groove of the nut thread is roughly measured by the 3D measuring machine in order to enable the 3D position measurement. The rough thread position recorded during the rough measurement is read into a workpiece coordinate system stored in the software of the 3D measuring machine.

In einer möglichen Grobmessung kann ein maßlich geeigneter Taster (zum Beispiel Kugeltaster) an drei Stellen, die voneinander um 120° beabstandet sind, in der Gewinde-Axialrichtung einen linienförmigen Grob-Gewinde-Konturverlauf erfassen. Der erfasste Grob-Konturverlauf kann sich nur über wenige Gewindegänge des Muttergewindes erstrecken. Zudem kann der erfasste Grob-Konturverlauf nahe der Muttergewinde-Stirnfläche sein. Daraus könnte die 3D-Messmaschine die Grob-Position der Gewindelinie/Gewindeflanke in dem Werkstück-Koordinatensystem ermitteln. Mit dem oben genannten Verfahren kann der Gewindegraben-Verlauf im Material ermittelt werden.In a possible rough measurement, a dimensionally suitable probe (for example a ball probe) can detect a linear rough thread contour profile at three points that are spaced apart by 120° from one another in the axial direction of the thread. The rough contour profile recorded can only extend over a few turns of the nut thread. In addition, the rough contour profile recorded can be close to the front face of the nut thread. From this, the 3D measuring machine could determine the rough position of the thread line/thread flank in the workpiece coordinate system. The course of the thread trench in the material can be determined using the above-mentioned method.

Für eine möglichst schnelle 3D-Positionsmessung kann der Taster T-förmig realisiert sein. Beim T-förmigen Taster kann eine Taster-Seite mit einem halbkugelförmigen Tastelement ausgebildet sein, das während der 3D-Positionsmessung eine einseitige Flanken-Antastung durchführt. Die andere Taster-Seite des T-förmigen Tasters kann ein weiteres Tastelement (zum Beispiel Kugeltastelement) in entsprechender Größe aufweisen, das während der Grobmessung aktiv ist.For the fastest possible 3D position measurement, the probe can be realized in a T-shape. In the case of the T-shaped probe, one side of the probe can be designed with a hemispherical probe element, which carries out a one-sided edge probing during the 3D position measurement. The other probe side of the T-shaped probe can have another probe element (e.g. ball probe element) of a corresponding size, which is active during the rough measurement.

Es ist hervorzuheben, dass zu speziellen Tastern auch jeweils ein spezielles Taster-Kalibrierprogramm in der 3D-Messmaschine erforderlich ist.It should be emphasized that a special probe calibration program is required in the 3D measuring machine for special probes.

Bei einer kleinen Gewindegeometrie des Muttergewindes können (im Gegensatz zum obigen T-förmigen Taster) zwei voneinander separate Taster bereitgestellt sein: Der erste Taster wird bei der Grobmessung eingesetzt, während der zweite Taster bei der 3D-Positionsmessung eingesetzt wird. Alternativ dazu kann bei einem größere Muttergewinde nur ein einziger L-förmiger Kugeltaster bereitgestellt sein, mit dem sowohl die Grobmessung als auch die 3D-Positionsmessung erfolgt.With a small thread geometry of the nut thread, two separate probes can be provided (in contrast to the above T-shaped probe): The first probe is used for the rough measurement, while the second probe is used for the 3D position measurement. Alternatively, with a larger nut thread, only a single L-shaped ball probe can be provided, with which both the rough measurement and the 3D position measurement are carried out.

Nach Abschluss der 3D-Positionsmessung wird in der 3D-Messmaschine eine softwaremäßige Auswertung des messtechnisch erfassten Gewindes durchgeführt. Die Auswertung erfolgt auf der Grundlage der mittels der Antaststrategie erfassten Gewindeflanke, das heißt insbesondere der Zugflanke.After completion of the 3D position measurement, a software evaluation of the measured thread is carried out in the 3D measuring machine. The evaluation is based on the thread flank detected using the probing strategy, i.e. in particular the tension flank.

Die Positions-Auswertung wird anhand von tatsächlich an der Gewindeflanke (zum Beispiel Zugflanke) aufgenommenen Antast-Punkten durchgeführt, während die andere Gewindeflanke (zum Beispiel Schubflanke) nicht maßgeblich ist.The position evaluation is carried out using the probing points actually recorded on the thread flank (e.g. tension flank), while the other thread flank (e.g. shear flank) is not decisive.

1. Positions-Auswertung: Eine solche Positionsauswertung ist neu. Bei der Positions-Auswertung können unterschiedliche Gewinde-Parameter ausgewertet werden: Zum Beispiel kann durch die aufgenommenen Antast-Punkte - bei einer einseitigen Flankenantastung an den Zugflanken - die Position einer Gaussgewindeelement-Achse oder einer Pferchgewindeelement-Achse ausgewertet werden.1. Position evaluation: Such a position evaluation is new. Different thread parameters can be evaluated in the position evaluation: For example, the position of a Gauss thread element axis or a corbel thread element axis can be evaluated through the recorded probing points - with a one-sided flank probing on the tension flanks.

2. Schraubenlinie/Schraubenflankenfläche - Abweichung - bei Zugflanke (oder auch Schubflanke): Eine solche Ermittlung ist neu. Alternativ und/oder zusätzlich kann eine Abweichung einer gemessenen Schraubenlinie/Schraubenfläche von der idealen Schraubenlinie-Schraubenfläche ausgewertet werden. Dies erfolgt ähnlich wie bei der Bestimmung der Ebenheit nach DIN EN ISO 1101.2. Helix/screw flank surface - deviation - with tension flank (or also thrust flank): Such a determination is new. Alternatively and/or additionally, a deviation of a measured helical line/helical surface from the ideal helical line/helical surface can be evaluated. This is done in a similar way to determining flatness according to DIN EN ISO 1101.

3. Digitales Lehrenkonzept: Eine solche Ermittlung ist neu. In diesem Fall soll die Zug- und Schublanke separat abgetastet werden.3. Digital gauge concept: Such a determination is new. In this case, the pull and push beam should be scanned separately.

Die softwaretechnische Messung sowie Auswertung des Gewindeprofils erfolgt mithilfe eines digital bereitgestellten Lehrdorns, der in die erfassten Flankenpunkte eingelegt ist. In diesem Fall ist die Gewindeprofil-Kontrolle mit einer sogenannten „Go und No go“-Lehre möglich.The software is used to measure and evaluate the thread profile using a digital gauge that is inserted into the recorded flank points. In this case, the thread profile can be checked with a so-called "go and no go" gauge.

Als Prüfmethoden sind als Gausselement-Auswertungen möglich, wo die Gewindeachse und die digitale Gewindelehreachse konzentrisch sind. Eine andere Möglichkeit besteht darin: Gewindeachse und digitale Lehreachse sind nicht konzentrisch, das heißt Gewindeachse und digitale Lehreachse voneinander unabhängig - Best-fit.Gauss element evaluations are possible as test methods, where the thread axis and the digital thread gauge axis are concentric. Another possibility is: thread axis and digital gauge axis are not concentric, i.e. thread axis and digital gauge axis are independent of each other - best fit.

Alternativ sind Pferchelement-Auswertungen möglich, wo Gewindeachse und die digitale Gewindelehreachse konzentrisch sind. Eine andere Möglichkeit besteht darin: Gewindeachse und digitale Lehreachse sind nicht konzentrisch, das heißt Gewindeachse und digitale Lehreachse voneinander unabhängig - Best-fit.Alternatively, inscribed element evaluations are possible where the thread axis and the digital thread gauge axis are concentric. Another possibility is: thread axis and digital gauge axis are not concentric, i.e. thread axis and digital gauge axis are independent of each other - best fit.

Bei dem digitalen Lehrenkonzept sind die Zugflanken maßgebend und als Basis zu nehmen. Schubflanken werden hinsichtlich vorhandenem (genug) Platz/Platzedarf für Bolzen-Gewinde geprüft und in keinen anderen Aspekt. Das Ergebnis ist keine Zahlenwert, sondern nur ein i.O.- oder n.i.O.-Signal.With the digital gauge concept, the tension flanks are decisive and should be taken as a basis. Shear flanks are checked for existing (enough) space/needed space for bolt threads and no other aspect. The result is not a numerical value, just an OK or NOK signal.

Die oben genannten erfindungsgemäßen Optionen könnten auch bei einem herkömmlichen Gewinde angewendet werden.The above inventive options could also be applied to a conventional thread.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.An exemplary embodiment of the invention is described below with reference to the accompanying figures.

Es zeigen:

1 in einer Schnittdarstellung eine Schraubverbindung, mittels der ein Abschirmblech am Zylinderkopf festgespannt ist;
2 eine T-förmige Tasterskizze einer 3D-Messmaschine zur Durchführung einer Grob- und Feinpositionsmessung für Muttergewindes;
3 und 4 jeweils perspektivische Schnittdarstellungen des im Werkstück ausgebildeten Muttergewindes, anhand der unterschiedliche Antaststrategien veranschaulicht sind; und
5 eine Ansicht, anhand der eine digitale Auswertemöglichkeit der 3D-Messmaschine veranschaulicht ist. Die Abbildung ist lediglich zweidimensional und dient nur zum Verständnis für das digitale 3D-Lehrenkonzept.

Show it:

1 in a sectional view, a screw connection by means of which a shielding plate is clamped to the cylinder head;
2 a T-shaped probe sketch of a 3D measuring machine for carrying out a coarse and fine position measurement for nut threads;
3 and 4 perspective sectional views of the female thread formed in the workpiece, which are used to illustrate different probing strategies; and
5 a view that illustrates a digital evaluation option of the 3D measuring machine. The image is only two-dimensional and only serves to understand the digital 3D gauge concept.

In der 1 ist eine Schraubverbindung gezeigt, bei der ein Abschirmblech 1 über einen Schraubbolzen 3 an einem Zylinderkopf 5 festgespannt ist. Der Schraubbolzen 3 ist in ein Muttergewinde 7 des Zylinderkopf 5 eingeschraubt, und zwar unter axialem Spannungsaufbau in einer zur Einschraubrichtung E gegenläufigen Zugrichtung Z. In der in der 1 gezeigten Schraubverbindung sind die in die Zugrichtung Z weisenden Schraubbolzen-Zugflanken 9 in Druckanlage mit den zugewandten Muttergewinde-Zugflanken 10 gebracht. Demgegenüber sind die entgegen der Zugrichtung Z weisenden Schraubbolzen-Schubflanken 11 außer Druckanlage mit den zugewandten Muttergewinde-Schubflanken 12 gebracht.In the 1 a screw connection is shown, in which a shielding plate 1 is clamped to a cylinder head 5 via a screw bolt 3 . The screw bolt 3 is screwed into a nut thread 7 of the cylinder head 5, specifically under axial tension build-up in a direction of tension Z opposite to the screwing-in direction E 1 The screw connection shown is that the screw bolt tension flanks 9 pointing in the tension direction Z are brought into pressure contact with the nut thread tension flanks 10 facing them. In contrast, the bolt shear flanks 11 pointing counter to the pulling direction Z are brought out of pressure contact with the nut thread shear flanks 12 facing them.

Nachfolgend wird anhand der 2 bis 4 eine Antaststrategie der Gewindeflanken-Messung des im Zylinderkopf 5 ausgebildeten Muttergewindes 7 insoweit beschrieben, als es zum Verständnis der Erfindung erforderlich ist. Erfindungsgemäß ist die Gewindeflankenmessung unterteilt in eine Grobmessung und in die eigentliche 3D-Positionsmessung, die später beschrieben sind.The following is based on the 2 until 4 a probing strategy for measuring the thread flanks of the nut thread 7 formed in the cylinder head 5 is described to the extent necessary for understanding the invention. According to the invention, the thread flank measurement is divided into a rough measurement and the actual 3D position measurement, which are described later.

Sowohl die Grobmessung als auch die eigentliche 3D-Profilmessung werden mit Hilfe des in der 2 angedeuteten Tasters der 3D-Messmaschine 13 durchgeführt. Diese weist einen Tastarm 15 mit einem T-förmigen Taster 16 auf. Der T-förmige Taster 16 weist an einer Taster-Seite ein kugelförmiges Tastelement 17 auf, das während der 3D-Positionsmessung nur einseitig, das heißt an der Zugflanke 10 des Muttergewindes 7 in Tasteingriff ist, jedoch mit der gegenüberliegenden Schubflanke 12 außer Tasteingriff ist. An der gegenüberliegenden Taster-Seite weist der T-förmige Taster 16 ein weiteres Tastelement 18 auf (zum Beispiel Kugeltastelement), das während der 3D-Positionsmessung außer Tasteingriff mit dem Muttergewinde 7 ist und nur während der Grobmessung aktiv ist, um die Gewinde-Grobposition des Muttergewindes 7 messtechnisch grob zu erfassen.Both the rough measurement and the actual 3D profile measurement are carried out using the in the 2 indicated button of the 3D measuring machine 13 carried out. This has a feeler arm 15 with a T-shaped feeler 16 . The T-shaped probe 16 has a spherical probe element 17 on one probe side, which during the 3D position measurement is only in probe engagement on one side, i.e. on the pull flank 10 of the nut thread 7, but is out of probe engagement with the opposite thrust flank 12. On the opposite side of the probe, the T-shaped probe 16 has another probe element 18 (e.g. ball probe element), which is out of probe engagement with the nut thread 7 during the 3D position measurement and is only active during the rough measurement to determine the rough thread position of the nut thread 7 to be measured roughly.

Zum Start der Gewindeprofilmessung wird zunächst die Grobmessung mit Hilfe des Kugeltastelements 18 durchgeführt. Dieses erfasst an drei Stellen, die voneinander um 120° beabstandet sind, in der Gewinde-Axialrichtung einen linienförmigen Gewinde-Konturverlauf. Der Konturverlauf erstreckt sich nur über einige Gewindegänge des Muttergewindes 7. Zudem ist der Konturverlauf nahe der Muttergewinde-Stirnfläche. Aus den drei erfassten Konturverläufen wird in dem, in der Auswerteeinheit 19 softwaremäßig hinterlegten Werkstück-Koordinatensystem die Grob-Position der Gewindelinie/Gewindeflanke des Muttergewindes 7 ermittelt. Anders formuliert könnte man mit dem oben genannten Verfahren den Gewindegraben-Verlauf im Material ermitteln.At the start of the thread profile measurement, the rough measurement is first carried out using the spherical feeler element 18 . This detects a linear thread contour profile at three points that are spaced apart by 120° in the axial direction of the thread. The course of the contour only extends over a few turns of the nut thread 7. In addition, the course of the contour is close to the end face of the nut thread. The rough position of the thread line/thread flank of the nut thread 7 is determined from the three detected contour profiles in the workpiece coordinate system stored in the software in the evaluation unit 19 . In other words, you could use the above method to determine the course of the thread trench in the material.

Anschließend startet die 3D-Positionsmessung, bei der das Tastelement 17 in Tasteingriff mit der Zugflanke 10 des Muttergewindes 7 ist. Die Flanken-Antastung kann in unterschiedlichen Antaststrategien erfolgen: In einer ersten Antaststrategie (3) wird ein Scannen an der Zugflanke 10 durchgeführt, das heißt eine kontinuierliche, schraubenlinienförmige Antastung, bei der das Tastelement 18 entlang der Flankenfläche der Zugflanke 10 des Muttergewindes 7 bewegt wird. Bei der Flanken-Antastung wird das Tastelement 17 zunächst entlang einer ersten Antast-Spur S1 bewegt. Anschließend wird das Tastelement 17 in einer zweiten Antast-Spur S2 entlang der Zugflanke 10 bewegt.The 3D position measurement then starts, in which the probe element 17 is in probe engagement with the tension flank 10 of the nut thread 7 . Flank probing can take place using different probing strategies: In a first probing strategy ( 3 ) Scanning is carried out on the pulling flank 10, that is to say a continuous, helical probing, in which the probe element 18 is moved along the flank surface of the pulling flank 10 of the nut thread 7. In the case of flank probing, the probe element 17 is first moved along a first probing track S1. The probe element 17 is then moved along the tension flank 10 in a second probe track S2.

Alternativ dazu ist in der 4 ist eine zweite Antaststrategie gezeigt: In der 4 erfolgt keine kontinuierliche Flanken-Antastung. Vielmehr erfolgen Punktaufnahmen von einzelnen Antast-Punkten P1 bis P6. entlang der Flankenfläche der Gewindeflanke des Muttergewindes. In diesem Fall wird (im Vergleich Scanning) die aufgenommene Punktzahl stark reduziert, auch hier ist es bevorzugt, wenn die Antastung in zwei oder mehr Antast-Spuren erfolgt. Hierzu wird ein punktförmiges Antasten in mehreren Höhenabschnitten entlang der Gewindegänge wie folgt ausgeführt: Innerhalb einer Gewindesteigung und pro Antastspur.Alternatively, in the 4 a second probing strategy is shown: In the 4 there is no continuous edge probing. Instead, point recordings are made from individual probing points P1 to P6. along the flank surface of the thread flank of the nut thread. In this case (compared to scanning), the recorded number of points is greatly reduced. Here, too, it is preferable if the probing takes place in two or more probing tracks. For this purpose, a punctiform probing is carried out in several vertical sections along the threads as follows: within a thread pitch and per probing track.

Innerhalb einer Gewindesteigung wird mit mindestens drei Antast-Punkten, die gleichmäßig verteilt sind, die Antastung an der Gewindeflanke durchgeführt. Bevorzugt werden mindestens drei oder mehr Antastpunkte pro Antastspur und pro Gewindesteigung. Zudem werden diese punktuellen Antastungen im zu prüfende Gewindebereich vermehrt. Dies soll entsprechend der Antastspur-Zahl wiederholt werden. Anders formuliert werden drei, vier oder mehr Gewinde-Achsschnittebenen definiert, welche gleichmäßig verteilt sind. Eine auf der Gewindeflanke laufende schraubenförmige Linie (Antastspur von Scanning) schneidet die voneinander gleichmassig verteilte Achsschnitt-Ebenen. Die so entstandenen Schnittpunkte werden dann als Antastpunkte definiert. Die Punktaufnahme ist insbesondere in vier oder mehr Achsabschnitten und mindestens auf zwei Spuren optimal.Within a thread pitch, the thread flank is touched with at least three touch points that are evenly distributed. At least three or more contact points per contact track and per thread pitch are preferred. In addition, these punctual probings are increased in the thread area to be checked. This should be repeated according to the number of scanning tracks. In other words, three, four or more thread axis section planes are defined, which are evenly distributed. A helical line running on the flank of the thread (scanning trace) intersects the evenly distributed axial section planes. The resulting intersections are then defined as touch points. The point recording is particularly optimal in four or more axis sections and at least on two tracks.

Nach Abschluss der 3D-Positionsmessung startet in der Auswerteeinheit 19 der 3D-Messmaschine 13 eine softwaremäßige Auswertung des messtechnisch erfassten Gewindes 7, und zwar auf der Grundlage der mittels einer Antaststrategie (3 oder 4) erfassten Zugflanke 10. Dabei wird die Positions-Auswertung durch tatsächlich an der Zugflanke 10 aufgenommenen Antast-Punkte P oder Antast-Spuren S durchgeführt, während die Schubflanke nicht maßgeblich ist.After completion of the 3D position measurement, a software evaluation of the metrologically detected thread 7 starts in the evaluation unit 19 of the 3D measuring machine 13, specifically on the basis of a probing strategy ( 3 or 4 ) detected tension flank 10. The position evaluation is carried out by actually recorded touch points P or contact traces S on the tension flank 10, while the thrust flank is not decisive.

Bei der Positions-Auswertung kann mittels der aufgenommenen Antast-Punkte P oder Antast-Spuren S die Position einer Gaussgewindeelement-Achse oder einer Pferchgewindeelement-Achse ausgewertet werden. Zusätzlich kann eine Auswertung durchgeführt werden, bei der eine Abweichung einer gemessenen Schraubenlinie/Schraubenfläche von der idealen Schraubenlinie/Schraubenflankenfläche ausgewertet wird.When evaluating the position, the position of a Gaussian thread element axis or a corbel thread element axis can be evaluated by means of the recorded contact points P or contact tracks S. In addition, an evaluation can be carried out in which a deviation of a measured helix/screw surface from the ideal helix/screw flank surface is evaluated.

Wie aus der 5 hervorgeht, kann das Gewinde mit Hilfe einer digital bereitgestellten Gewindelehre 21 kontrolliert werden.How from the 5 shows, the thread can be checked using a digitally provided thread gauge 21.

Als Prüfmethoden sind Gausselement-Auswertungen möglich, wo Gewindeachse und die digitale Gewindelehreachse konzentrisch sind. Alternativ können die Gewindeachse und die digitale Lehreachse zueinander nicht konzentrisch sein, das heißt Gewindeachse und digitale Lehreachse sind voneinander unabhängig - Best-fit.Gauss element evaluations are possible as test methods, where the thread axis and the digital thread gauge axis are concentric. Alternatively, the thread axis and the digital gauge axis can not be concentric to each other, i.e. the thread axis and digital gauge axis are independent of each other - best fit.

Alternativ sind Pferchelement-Auswertungen möglich, wo Gewindeachse und die digitale Gewindelehreachse konzentrisch sind. Alternativ können die Gewindeachse und die digitale Lehreachse nicht konzentrisch sein, das heißt Gewindeachse und digitale Lehreachse sind voneinander unabhängig - Best-fit.Alternatively, inscribed element evaluations are possible where the thread axis and the digital thread gauge axis are concentric. Alternatively, the thread axis and the digital gauge axis can be non-concentric, i.e. the thread axis and digital gauge axis are independent of each other - best fit.

In der 5 ist das in der Auswerteeinheit 19 nachgebildete Muttergewinde-Modell M nur zweidimensional gezeigt. Tatsächlich ist in der Auswerteeinheit 19 das Muttergewinde-Modell M dreidimensional hinterlegt, so dass mit Hilfe des digitalen Lehrenkonzepts eine 3D-Auswertung des Muttergewinde-Modells M erfolgt.In the 5 the female thread model M reproduced in the evaluation unit 19 is only shown in two dimensions. In fact, the nut thread model M is stored three-dimensionally in the evaluation unit 19, so that a 3D evaluation of the nut thread model M takes place with the aid of the digital gauge concept.

BezugszeichenlisteReference List

11: Abschirmblechshield plate
33: Schraubbolzenbolts
55: Zylinderkopfcylinder head
77: Muttergewindenut thread
99: Schraubbolzen-ZugflankeBolt Tension Flank
1010: Muttergewinde-Zugflankenut thread pulling flank
1111: Schraubbolzen-Schubflankebolt shear flank
1212: Muttergewinde-Schubflankenut thread thrust flank
1313: 3D-Messmaschine3D measuring machine
1515: Tastarmprobe arm
17, 1817, 18: Tastelementetactile elements
1919: Auswerteeinheitevaluation unit
2121: digital bereitgestellte Gewindelehredigitally provided thread gauge
EE: Einschraubrichtungscrew direction
ZZ: Zugrichtungpulling direction
MM: dreidimensionales elektronisches Muttergewinde-Modellthree-dimensional electronic nut thread model
KK: Ist-KonturdatenActual contour data
P1 bis P6P1 to P6: Antast-Punktetouch points
S1, S2S1, S2: Antast-Spurentouch marks

Claims

Method for 3D position measurement of a nut thread (7) formed in a workpiece (5) using a 3D measuring machine which has a probe (16) which is in tactile engagement with the thread profile of the nut thread (7) during the 3D position measurement, characterized characterized in that in the 3D position measurement there is a one-sided flank probing, in which the probe (16) of the 3D measuring machine is only on one side, i.e. either only with the tension flank (10) or only with the thrust flank (12) of the nut thread ( 7), is in tactile engagement.

procedure after claim 1 , characterized in that the one-sided flank probing can take place in different probing strategies, and that in particular a first probing strategy is a scanning of the thread flank (10, 12), i.e. a continuous, helical probing, in which the probe (16) along the flank surface of the thread flank (10, 12) of the nut thread (7) is moved, in particular in two or more probing tracks (S1, S2).

procedure after claim 2 , characterized in that alternatively a second probing strategy is a point recording of individual probing points (P1 to P6), namely with a punctiform probing in several height sections along the length of the thread, the probing within a thread pitch and per probing track with at least three probing Points - evenly distributed - is carried out on the thread flank (10, 12), and that in particular there are at least three or more contact points per contact track and per thread pitch, and that in particular these punctual contacts are increased in the thread areas to be checked, and that in particular the above The process is repeated according to the scanning track number.

procedure after claim 3 , characterized in that three, four or more thread axis section planes are defined, which are evenly distributed, and in that in particular a helical line running on the thread flank (10, 12) (scanning trace) intersects the axis section planes that are evenly distributed from one another, and that the intersection points created in this way are then defined as contact points, and that in particular the point recording takes place in four or more axis sections and at least on two tracks.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the probe (16) is spherical or, to reduce installation space, only hemispherical, and that the probe ball diameter is approximately 0.3 mm to 0.5 mm for flank probing, so that only one-sided flank probing is possible either on the traction flank (10) or on the thrust flank (12).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that before the actual 3D position measurement, a rough measurement is carried out, in which a rough thread position of the thread/thread groove of the nut thread (7) is metrologically recorded roughly by the 3D measuring machine in order to To enable position measurement, and that in particular the thread rough position is read into a workpiece coordinate system stored in the software of the 3D measuring machine.

procedure after claim 6 , characterized in that in a possible rough measurement, a dimensionally suitable feeler (16), in particular a ball feeler, detects a linear thread contour course at three points which are spaced apart by 120° in the thread axial direction.

procedure after claim 7 , characterized in that the contour progression only extends over a few turns of the nut thread (7) and/or that the contour progression is close to the front face of the nut thread and that the rough position of the thread line/thread flank (10, 12) in the Workpiece coordinate system is determined.

Procedure according to one of Claims 6 until 8th , characterized in that the probe (16) is T-shaped for the fastest possible 3D position measurement, and that in particular in the case of the T-shaped probe (16) one probe side is designed with a hemispherical probe element (17) which during the 3D position measurement is active during one-sided flank probing, i.e. is in probing engagement, and that the other probe side of the T-shaped probe (16) is designed with a probe element, in particular a spherical probe element (18) of a corresponding size, which during the coarse measurement is active, i.e. is in touch.

Procedure according to one of Claims 6 until 9 , characterized in that with the appropriate thread geometry two separate probes are provided, of which a first probe is used in the rough measurement and a second probe is used in the 3D position measurement.

Procedure according to one of Claims 6 until 10 , characterized in that with a larger nut thread (7) only a single L-shaped ball probe is provided, by means of which both the rough measurement takes place and the actual 3D position measurement takes place.

Method according to any of the preceding claims 2 until 11 , characterized in that after the 3D position measurement, a software evaluation of the metrologically detected thread (7) is carried out in the 3D measuring machine (13), in particular on the basis of the thread flank (10, 12) detected by means of the probing strategy, in particular pulling flank (10).

procedure after claim 12 , characterized in that the position is evaluated by touching points (P) or touching traces (S) actually recorded on the thread flank (10, 12), in particular the pull flank (10), while the other thread flank, in particular the thrust flank ( 12), is not relevant.

procedure after claim 11 , 12 or 13 , characterized in that the position of a Gauss thread element axis or a corbel thread element axis is evaluated by the recorded touch points (P) or touch tracks (S).

Procedure according to one of Claims 11 until 14 , characterized in that an evaluation is carried out in which a deviation of a measured helix/screw flank surface from the ideal helix/screw flank surface is evaluated.

Procedure according to one of claims 3 until 15 , characterized in that based on the recorded touch points (P) or touch traces (S), a digital gauge test is carried out, for example with Go, NoGo side, and that an inscribed element or Gaussian element is generated.

procedure after Claim 16 , characterized in that possible test methods are: - Gaussian element evaluations, where the thread axis and the digital thread gauge axis are concentric, or alternatively the thread axis and the digital gauge axis are not concentric, i.e. the thread axis and digital gauge axis are independent of each other - Best-fit; or - Pen element evaluations: where the thread axis and the digital thread gauge axis are concentric, or alternatively the thread axis and the digital gauge axis are not concentric, i.e. the thread axis and digital gauge axis are independent of each other - Best-fit, whereby the tension flanks are particularly important in the case of the digital gauge concepts are decisive and are to be taken as a basis.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that when measuring a conventional thread, the 3D position measurement is divided into a tension flank position measurement, in which only a tension flank probing takes place, and in a separate thrust flank position measurement, in which only a thrust flank probing takes place.

procedure after Claim 18 , characterized in that the position of the conventional nut thread is evaluated by touch points (P) or touch traces (S) actually recorded on the pull flank (10) and on the push flank (12).