DE10311390A1

DE10311390A1 - Berührungsloses Verfahren und Messanordnung auf Kamerabasis zur Messung von Gewinde insbesondere von Innegewinde mit Lichtschnittprojektion

Info

Publication number: DE10311390A1
Application number: DE10311390A
Authority: DE
Inventors: Winfried Niebler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-03-13
Filing date: 2003-03-13
Publication date: 2004-10-07

Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren dient dazu, berührungslose Qualitätsmerkmale von Gewinden, insbesondere Innengewinden, zu erfassen, in Bezug auf: DOLLAR A a) - Vorhandensein von Gewinde DOLLAR A b) - Gängigkeit im Gewindeanschnitt DOLLAR A c) - Fehler im Gewindeanschnitt DOLLAR A d) - Gewindedurchmesser DOLLAR A e) - Gewindelänge DOLLAR A f) - Flankensteilheit DOLLAR A g) - Gewindezahnform DOLLAR A h) - Radien in Gewindesohle und in Gewindescheitel DOLLAR A i) - Anhaftende Späne DOLLAR A j) - Ausgerissene Gewindegänge DOLLAR A k) - Gewindeprofilhöhe DOLLAR A l) - Ausformungsgrad bei Formgewinde DOLLAR A m) - Gewindeoberflächenrauheit als Maß für Werkzeug DOLLAR A Die berührungslose Messanordnung beruht in Bezug auf dimensionelle Gewindeeigenschaften und auf Gewinderauheitseigenschaften auf Lichtschnitt-Messtechnik mit Auswertung durch eine Flächenkamera mit nachgeschalteter Bildverarbeitungsauswertung in einem Rechner. DOLLAR A Die berührungslose Messung von Gewinden und insbesondere von Innengewinden ist primär im automotiven Bereich und in der Autozulieferindustrie wichtig, da hier Verschraubungen automatisch verbaut wurden.

Description

1 zeigt eine beispielhafte Messanordnung für Gewinde – Innenmessung:
Die Messsonde besteht aus

– Kamera (1) mit Objektiv (2)
– Innengewinde Messrohrsonde (3)
– Umlenkspiegel für Kamera (4)
– Umlenkspiegel für Lichtschnittprojektion (5)
– Lichtschnittprojektor (6)
– Umlenkspiegel, teildurchlässig (4) für koaxiales Einblenden der Lichtschnittprojektion (6) bei gleichzeitiger Durchsicht für die Messkamera
– Innengewinde (7)

Funktionsweise (1, 2)
Der Lichtschnittspiegel (5) ist gegenüber dem Spiegel für die Kamera (4) um einen gewissen Winkel geneigt, sodass Kamerabild und Laserlichtschnitt einen Winkel bilden. Über diesem Winkel wird das Gewindeprofil als Lichtschnittprofil in der Kamera (1) sichtbar und damit auswertbar.
In 1 ist die Prinzipanordnung innerhalb des Sondenrohrs (3) gezeigt mit dem Kameraspiegel (4) und dem Laserlichtschnittspiegel (5). In das Prüfteil (7) taucht das rohrförmige Sondenteil (3) berührungslos ein und bildet dabei den Lichtprofilschnitt des Gewindes (9) in der Kamera (1) ab.
Zusätzlich zur Profilabbildung durch Lichtschnitt kann Auflicht (10) zugeschaltet werden, was für Sicht- und Bildverarbeitungszwecke teilweise sinnvoll ist.
Eine mögliche konstruktive Ausführung zeigt 6 mit den Komponenten Kameragehäuse (1) rotierend aufgehängt im Gehäuse (2) das wiederum auf einen Linearschlitten (3) in der Tiefe vorfährt.
Die Kamerasonde (4a) 5-fach vergrößert im Detail (4b) gezeigt ist am Kameragehäuse abnehmbar (Ersatzteil) befestigt und dreht sich mit dem Kameragehäuse und taucht in das zu prüfende Gewinde ein. An der Spitze der rohrförmigen Kamerasonde befinden sich die optischen Umlenkelemente als Prismen und Spiegelanordnung, die die Lichtschnitt – Abbildung bewirken.

Für Innen – Gewindeprüfung im Produktionsbereich insbesondere für Innengewinde ist z. Zt. nur die folgende, berührende Prüfmethode bekannt:
Durch Einschrauben eines Prüfdornes wird die Gewindegängigkeit insbesondere am Gewindeanschnitt geprüft.

Alle anderen eingangs genannten Eigenschaften bleiben dabei weitgehend ungeprüft, wie z. B.

– Gewindedurchmesser
– Ausgerissene Gewindegänge
– Vollständigkeit des Gewindes
– Innen haftender Span
– Gewindelänge
– Gewinderauheit

Weitere bekannte Prüfmethoden für Laborzwecke sind

– Abtastende Prüfverfahren – langsam und aufwendig (nicht automatisierbar)
– Prüfung von Flankendurchmesser mit spreizender Handprüflehre (nicht automatisierbar)

Die hier schnelle berührungslose Gewindemesstechnik nach dem Kamera – Lichtschnittprinzip erlaubt dagegen

– weit schnellere Fertigungstaktzeiten
– 100 % Prüfung
– höchste Prüfgenauigkeit bis zu 0,003 mm
– Vollständige Prüfung mit trennbarem Fehler- und Prüfeigenschaften
– verschleißfreies, da berührungsloses Prüfmittel, gut in die Fertigung integrierbar
– Prüfung von Gewinderauheit und damit von Werkzeugverschleiß aus den Abbildungseigenschaften des Lichtschnittbildes

Liste der Bezugszeichnungen

1 Prüfungsanordnung zur berührungslosen Innengewindemessung

2 Sicht in den Innengewindekanal bei Doppelspiegelanordnung

3 Abbildung eines Gewindeprofilschnittes mit der Sonde

4 Abbildung des optischen Umlenkteils am Ende der Sonde

5 Optischer Strahlengang für Kamera und Laserstrich im Umlenkteil von 4

6 Gesamtaufbau der Innengewindesonde mit Kamerateil, Rotationsteil mit Tiefenverfahrschlitten

Claims

Verfahren zur Messung und Prüfung von Gewinde insbesondere aber von Innengewinde nach dem Lichtschnittprinzip unter Auswertung mit einer Kamera gekennzeichnet dadurch, dass ein in achsialer Gewinderichtung ein Lichtstrich eingespiegelt wird, der durch eine geeignete Spiegel- oder Prismenanordnung von einer Flächenkamera unter einem gewissen Winkel von z.B. 30° betrachtet und ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, dass durch Drehen der Kamerasonde oder des Gewindes eine Reihe von Profilschnitten zur Prüfung herangezogen werden.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2 gekennzeichnet dadurch, dass für die Lichtschnittprojektion ein Laserstrichprojektor herangezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 ... 3 gekennzeichnet dadurch, dass der axiale Laserstrich von Anspruch 3 auch durch schnelle Bewegung eines Laserpunktes bei entsprechend langer Belichtungszeit der Kamera erzeugt werden kann.
Verfahren nach Anspruch 1.) gekennzeichnet dadurch, dass der Lichtschnittprojektor ein Laserstrichprojektor ist oder ein Streifenlichtprojektor oder ein Projektor mit einer Hell/Dunkelkante ist.
Verfahren nach Anspruch 1 ... 4 gekennzeichnet dadurch, dass die bei kohärentem Laserlicht unvermeidlichen störenden SPECKLE – Interferenzmuster durch die Relativ – Drehbewegung zwischen Kamerasonde und Prüfgewinde bei geeignet langer Wahl der Kamera – Beleuchtungszeit verschwinden.
Verfahren nach Anspruch 1 ... 5 gekennzeichnet dadurch, dass es für geschnittene, gefräste und also spanabhebend erzeugte Gewinde verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 ... 6 gekennzeichnet dadurch, dass es auch für spanlos geformte Gewinde verwendet wird und die hierbei besonderen Eigenschaften des Ausformungsgrades berücksichtigt.
Verfahren und Anordnung nach 1 zum Messen von Innengewinden bestehend aus – Messkamera (1) mit Objektiv (2) – Lichtschnittprojektor (6) – koaxiale Einspiegelung der Lichtschnittprojektion (6) in den Strahlengang der Kamera (1) über teildurchlässigen Spiegel (4) oder Prisma – Umlenkspiegel (4) für Kamerabild in das zu messende Gewinde eintauchend – Umlenkspiegel (5) für Lichtschnittprojektion in einem Lichtschnittwinkel gegenüber dem Winkelspiegel (4) geneigt angeordnet – Einhausung der gesamten Anordnung zu einer Sonde (8) wobei im eintauchenden rohrförmigen Teil der Sonde ein Sichtfenster ausgeschnitten ist Die Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass über die zueinander geneigten Spiegel in der Sonde eine Laserlichtschnittabbildung in der Kamera (1) zustande kommt, die zur Auswertung und Beurteilung der Innengewindeeigenschaften dient. Die Auswertung kann über Sichtkontrolle oder Bildverarbeitung erfolgen.
Verfahren und Anordnung nach 1 gekennzeichnet dadurch, dass Lichtschnittprojektion (6) und Kamera (1 + 2) die Plätze tauschen, sodass die Kamera über einen Strahlteilerspiegel (4) in die Gewindeachse misst und der Laserprojektor senkrecht in die Gewindeachse auf den Umlenkspiegel (4) bzw. (5) projeziert.
Verfahren und Anordnung nach 1 gekennzeichnet dadurch, dass die eintauchende Kamerasonde anstelle der gegeneinander geneigten 45 – Grad – Spiegel (4) und (5) nach 4 und 5 mit einem 45 Grad Spiegel (1) und einem achsial ausgerichteten Spiegel (2) zusammen mit einem schmalen Prisma (4) arbeitet, das ebenfalls axial ausgerichtet ist. Die Funktion ist die, dass die Kamera einen schmalen Streifen (3) des Gewindelichtschnittprofils über den 45 Grad Spiegel (1) und den axialen Spiegel (2) in der radialen Tiefe (5) abbildet. Die axiale Laserlinie (6) wird ebenfalls über den 45 Grad Spiegel (1) durch das axiale Prisma (4) auf das Gewindeprofil (8) umgelenkt, sodass das Lichtschnittprofil im Sichtbereich (Streifen) des Kamerabildes (6) ist. Mit diesem Verfahren und dieser Anordnung wird bei gegebenen Durchmesser größere axiale Abbildungstiefe erreicht.
Verfahren nach den Ansprüchen 1.) ... 11.) gekennzeichnet dadurch, dass zur Einblendung der Lichtschnittbeleuchtung ein teildurchlässiger Spiegel oder ein teildurchlässiges Strahlteiler – Prisma dient.
Verfahren nach den Ansprüchen 1.) ... 12.) gekennzeichnet dadurch, dass ein telezentrisches oder ein Teleobjektiv an der Kamera verwendet werden.
Verfahren nach den Ansprüchen 1) ... 13.) gekennzeichnet dadurch, dass die gesamte Sonde im Gewinde berührungslos gedreht wird und in der Tiefe verschoben wird um den gesamten Gewindebereich, insbesondere aber den Gewindeeinlaufbereich zu prüfen.
Verfahren nach den Ansprüchen 1.) ... 14.), dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindeoberfläche einen dünnen Ölfilm trägt, was bessere Profilbilder ermöglicht.
Verfahren nach den Ansprüchen 1.) ... 15.), dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung des Gewindeprofils im Rechner über FOURIER – Reihenzerlegung der Gewindeprofilkurve geschieht, wodurch signifikante Merkmale der Gewindeverformung besonders gut hervortreten.
Verfahren nach den Ansprüchen 1.) ... 16.), gekennzeichnet dadurch, dass Kombinationen der Prüfmethoden von 1.) ... 7.) mit berührender Kernlochprüfung, sodass ein festes Bezugsmaß gemessen wird, auf dem die Kameraprofilmessung aufsetzen kann.
Verfahren nach den Ansprüchen 1.) ... 17.), gekennzeichnet dadurch, dass die Prüfsonde mit Auflicht (10) wie in 1 kombiniert wird, sodass Gewindeprofilbild und Oberflächenbild in einer Kameraaufnahme sichtbar sind.
Verfahren nach den Ansprüchen 1.) ... 18.) , gekennzeichnet dadurch, dass die Qualität und Randschärfe der Oberflächenbilder zur Beurteilung von Gewinderauheit verwendet wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1.) ... 19.) gekennzeichnet dadurch, dass speziell die Laser SPECKLE Muster, die ein Laserlichtschnittprojektor erzeugt zur Oberflächen – Rauheitsbewertung und zur Beurteilung des Werkzeugverschleißes herangezogen werden.
Verfahren und Anordnung nach den Ansprüchen 1.) ... 20 zur Messung von Profil und oder Rauheitseigenschaften in Bohrungen.
Verfahren und Anordnung nach Ansprüchen 1.) ... 21.) zur Messung von spiralförmigen Kugelumlaufkäfigen bzw. von Innengewinde in Spindelmuttern.