DE19827364A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Messen kegeliger Gewinde - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Messen kegeliger GewindeInfo
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Abstract
Zur Bestimmung von Kenngrößen von kegeligen Gewinden dient eine Meßvorrichtung mit einem Objekttisch, der dazu dient, einen Prüfling so auszurichten, daß seine Mittelachse mit einer Meßachse Z eines zweidimensionalen Tasters übereinstimmt. Zur Messung des Prüflings wird die Meßeinrichtung zunächst unter Verwendung eines Kalibriernormals kalibriert, das sowohl für die X-Achse als auch für die Z-Achse eine Antastfläche aufweist. Diese werden bspw. durch eine Zylinderwandung (für die X-Achse) und eine Ringnut (für die Z-Achse) gebildet. Nach Gewinnung entsprechender Korrekturwerte TKx, TKz wird das Kalibriernormal gegen den Prüfling ausgetauscht, dessen Gewindegänge an einer ersten Antaststelle und wenigstens einer zweiten und einer dritten Antaststelle angetastet werden, die der ersten Antaststelle gegenüberliegen. Als Tastkörper dienen die Tastkugeln. Aus den aufgenommenen X- und Z-Meßwerten werden die gewünschten Kennwerte rechnerisch bestimmt.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor
richtung mit der sich ausgewählte Kennwerte kegeliger
Gewinde an Werkstücken und insbesondere an Gewindelehren
bestimmen oder überprüfen lassen.
Aus der Praxis sind kegelige Gewinde bekannt, die
bspw. für selbstdichtende Verbindungen, wie bspw. für
Verschlussschrauben, an Einschraubstutzen und bei
Schmiernippeln vorkommen. Solche Gewinde werden häufig
dort eingesetzt, wo eine zylindrische Gewindeverbindung
mit Dichtring aus technischen oder wirtschaftlichen Grün
den nachteilig ist. Das kegelige Gewinde weist einen
Nennkegel mit einer Steigung von 1 : 16 auf, und das Gewin
deprofil steht senkrecht zu der Gewindeachse. Der Flan
kenwinkel beträgt 60° oder 55° bei metrischen oder bei
Withworth-Gewinde.
Kegelige Außengewinde sind durch mehrere Kennwerte
charakterisierbar, zu denen der Flankendurchmesser, die
Flankenform, der Flankenwinkel, der Kegelwinkel und die
Gewindesteigung gehören. Während die Plankenform, der
Flankenwinkel und die Gewindesteigung üblicherweise auf
Werkzeugmikroskopen mit Hilfe spezieller Okularstrich
platten und des Kreuztisches optisch geprüft werden kön
nen, gilt dies nicht für Flankendurchmesser und Kegelwin
kel.
Der Flankendurchmesser eines kegeligen Gewindes
ändert sich von Windung zu Windung. Um Kenn- und Nenn
werte bestimmen zu können, ist festgelegt, den Flanken
durchmesser in einer für die Messung empfohlenen Prüf
ebene zu bestimmen (Din 158). Die Prüfebene ist orthoga
nal zu der Mittelachse des Gewindes festgelegt. Außerdem
ist eine von der Prüfebene beabstandete, zu dieser par
allele Bezugsebene festgelegt, in der ebenfalls Messungen
durchgeführt werden können.
Zur funktionsorientierten Überprüfung von kegeligen
Gewinden können alle Bestimmungsgrößen des Gewindes be
sonders effektiv bspw. mit kegeligen Gewinde-Lehrringen
geprüft werden. Die Gewindelehrringe besitzen das zu dem
jeweiligen Außengewinde passende kegelige Innengewinde,
das mit hoher Präzision hergestellt und mit der erforder
lichen Genauigkeit auch geprüft werden muss. Bei Gewinde-
Lehrringen reicht eine summarische Prüfung jedoch nicht
aus. Es ist vielmehr erforderlich, jede einzelne Bestim
mungsgröße des Gewindes zu messen.
Die Maßhaltigkeit von Gewinde lehren (Gewinde-Lehr
ringen) ist sowohl im Neuzustand, d. h. bei der Herstel
lung solcher Gewindelehren, als auch während der Einsatz
zeit durch regelmäßige Prüfmittelüberwachung sicherzu
stellen. Dabei kommt es insbesondere darauf an, den Flan
kendurchmesser und den Kegelwinkel als wesentliche Be
stimmungsgrößen für die Beurteilung von Gewinde-Lehrrin
gen gemeinsam zu messen.
Aus der DE 44 10 195 C1 sind ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Messen kegeliger Gewinde bekannt, die
eine Schrägstellung des Werkstücks in Bezug auf die Mess
achse eines Messtasters erfordern. Das Verfahren nutzt
einen Tastkopf mit einem zwei Tastkugeln tragenden Ta
ster, der in einer ersten, mit einer Z-Achse übereinstim
menden Richtung verstellbar gelagert ist. Die Tastkugeln
sind rechtwinklig dazu in einer X-Achse auslenkbar, wobei
der Auslenkung entsprechende Messwerte erzeugt werden.
Zur Aufnahme des Prüflings dient ein Sinustisch, der in
der Messrichtung (X) verschiebbar sowie senkrecht dazu
(Z) verstellbar ist. Außerdem ist die Auflagefläche des
Tischs um eine senkrecht zu beiden vorgenannten Richtun
gen (X,Z) ausgerichteten Achse (Y) schwenkbar gelagert.
Zur Messung ist die Auflage des Tischs so einzustellen,
dass die Wandung des kegeligen Innengewindes an dem An
tastpunkt rechtwinklig zu der Auslenkrichtung X des Mess
tasters steht. Mit anderen Worten ist die von der Tastku
gel angetastete Mantellinie des von dem Innengewinde be
schriebenen Kegels parallel zu der Verstellrichtung (Z)
des Tastkopfs ausgerichtet.
Durch die Schräglagerung des Prüflings wird die
normgerechte Bestimmung der Prüfebene bzw. der Bezugs
ebene erschwert oder unmöglich gemacht. Außerdem steht
die Mittelachse des Gewindes nicht orthogonal zu der
Messrichtung X, wodurch umgekehrt die winkelhalbierende
des angetasteten Profils des Gewindegangs nicht parallel
zu der Messrichtung steht. Verfälschungen des Messergeb
nisses sind somit möglich.
Insbesondere bei der Prüfung von Gewindelehrringen
kommt es jedoch auf hohe Präzision an. Außerdem soll der
Messvorgang, um Fehlereinflüsse zurückzudrängen,
möglichst automatisch durchgeführt werden. Eine Automati
sierung lässt sich mit dem vorbekannten Messverfahren und
der Messvorrichtung nur schwer erreichen.
Darüberhinaus ist aus der 195 22 276 C1 ein weiteres
Messverfahren zum Messen kegeliger Außengewinde bekannt.
Bei diesem Messverfahren wird eine Einrichtung mit zwei
Messtastern verwendet. Ein erster Messtaster weist einen
kugelförmigen Tastkörper auf, und dient dazu, eine Stirn
fläche des Prüflings sowie einen Gewindgang anzutasten.
Ein diametral gegenüberliegend angeordneter Messtaster
weist eine plane Stirnfläche auf und dient dazu, zwei
Gewindegänge mit eingelegten Gewindemessdrähten anzuta
sten.
Die Automatisierung der Messung ist schon wegen der
einzulegenden Gewindemessdrähte schwierig.
Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein
Verfahren zum Messen kegeliger Gewinde, insbesondere
kegeliger Innengewinde zu schaffen, das präzise und
leicht automatisierbar ist.
Darüberhinaus ist es Aufgabe der Erfindung, eine
Messeinrichtung für Prüflinge mit kegeligem Innengewinde
zu schaffen, die eine einfache und sicher Bestimmung aus
gewählter Kennwerte des kegeligen Gewindes ermöglicht.
Diese Aufgaben werden mit dem Verfahren nach An
spruch 1 bzw. der Messeinrichtung nach Anspruch 15 ge
löst.
Bei dem erfindungsgemäßen Messverfahren wird zu
nächst eine Bezugsebene des Prüflings mit einer ein oder
mehrere Messtaster umfassenden Messtastereinrichtung
bestimmt. Dabei wird die Lage bspw. lediglich hinsicht
lich der Neigung in Bezug auf eine Messachse (X) be
stimmt, indem eine zu der Bezugsebene parallele Fläche
mit einem Messtaster der Messtastereinrichtung angetastet
wird. Die parallele Fläche kann sowohl eine Stirnfläche
des Prüflings, als auch eine Fläche des Objekttischs,
bspw. seine Aufspannfläche sein. Die Bezugsebene steht in
bekannter Winkelbeziehung zu der angetasteten Fläche. In
der Regel ist die angetastete Fläche parallel zu der
Bezugsebene ausgerichtet. Dies gilt insbesondere für
Gewinde-Lehrringe als Prüflinge, deren Stirnflächen or
thogonal zu der Mittelachse des Gewindes ausgerichtet
sind.
Ist die zu der Bezugsebene in bekannter Winkelbezie
hung stehende Fläche (bspw. die Aufspannfläche des Ob
jekttischs) bestimmt, kann der Objekttisch parallel zu
der Messachse X ausgerichtet werden. Dies ermöglicht eine
besonders einfache Auswertung der nachfolgend gewonnen
Kalibrier- und Messwerte. Dazu wird der Objekttisch so
geschwenkt, dass bei Antasten in Z-Richtung an verschie
denen in X-Richtung gegeneinander versetzten Antastpunk
ten gleiche Messwerte erhalten werden. Alternativ kann
der Messtaster geschwenkt werden, um den Parallelabgleich
durchzuführen.
In einer nachfolgenden Schrittfolge wird der auf dem
Objekttisch plazierte Prüfling an wenigstens zwei, vor
zugsweise drei oder mehreren einander gegenüberliegenden
Stellen des Gewindes in der Prüfebene angetastet, die zu
der Bezugsebene parallel ist. Die Messrichtung (Messachse
X) steht dabei rechtwinklig zu der Mittelachse des Gewin
des. Die Erfassung der Messwerte in der X-Richtung er
folgt dann mit einem einzigen Messtaster der ggfs. mit
zwei Messkugeln oder anderweitigen Tastkörpern ausgestat
tet ist. Die erste Antaststelle wird dabei in die Prüf
ebene gelegt, während die gegenüberliegenden Antaststel
len ober- bzw. unterhalb der Prüfebene festgelegt sind.
Aus den erfassten Messwerten, die die Radialrichtung des
Prüflings und seine Axialrichtung beinhalten, bestimmt
eine Auswerteeinrichtung anhand geometrischer Beziehungen
die gesuchten Kennwerte. Zur Messung ist dabei weder eine
Kippung noch eine Drehung des Prüflings vorzunehmen.
Außerdem müssen keinerlei Gewindedrähte oder ähnliche
Hilfsmittel in das Gewinde eingelegt werden. Wird ein
zweiachsiger Taster als Tastereinrichtung verwendet,
genügt dieser einzige Taster, was den Geräteaufwand ge
ring hält. Bedarfsweise kann das Messverfahren jedoch
auch mit einer Messtastereinrichtung durchgeführt werden,
die getrennte Messtaster für die X-Richtung und die Z-
Richtung aufweist.
Eine besonders vorteilhafte Ausführung des erfin
dungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Mess
einrichtung ergibt sich, wenn die Messtastereinrichtung
außerdem eine dritte Messachse (Z-Achse) erfassen kann.
Außerdem ist der Messtaster in einem solchen Fall vor
teilhafterweise an einer Positioniereinrichtung gehalten,
die in jeweils parallel zu den drei Achsen X, Y, Z Posi
tionieren kann. Die Relativbewegung zwischen Prüfling und
Messtastereinrichtung kann allerdings ganz oder teilweise
durch Bewegung des Prüflings erhalten werden. Die dritte
Messachse (Y-Achse) gestattet die Festlegung der Antast
punkte auf den Durchmesser des Prüflings bzw. des Gewin
des durch Umkehrpunktsuche.
Es ist insbesondere vorteilhaft, vor Ausführung der
eigentlichen Messung an dem Prüfling eine Kalibrierung
durchzuführen. Dazu kann ein Kalibriernormal dienen, dass
als Kalibriernormal für Innengewinde eine Zylinderbohrung
aufweist, in der eine Ringnut mit vorzugsweise dreiecki
gem Querschnitt ausgebildet ist. Mit diesem Kalibriernor
mal lassen sich Tasterkorrekturwerte für die Messrichtung
(X-Achse) und für die Axialrichtung (Z-Achse) bestimmen.
Als Kalibriernormal für Außengewindemessungen kann ein
Kalibriernormal mit zylindrischer Außenfläche vorgesehen
sein, in der vorzugsweise ebenfalls eine mit bspw. drei
eckigem Querschnitt ausgebildete Nut vorgesehen ist. Auch
damit lassen sich Korrekturwerte für die X- und die Z-
Achse bestimmen. Allerdings muss die Messtastereinrich
tung bei Messung von Außengewinden um den Prüfling her
umgeführt werden, um diesen an zwei einander diametral
gegenüberliegenden Antaststellen anzutasten. Die Nut
weist vorzugsweise einen mit einem Gewindegang überein
stimmenden Querschnitt oder einen mathematisch ähnlichen
Querschnitt auf.
Vorteilhafte Einzelheiten von Ausführungsformen der
Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen. Außerdem
lassen sich vorteilhafte Einzelheiten der Zeichnung
und/oder der Beschreibung entnehmen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:
Fig. 1 eine Messtastereinrichtung zur Erfassung von
zwei Messachsen X, Z, in vereinfachter und schematisier
ter Schnittdarstellung,
Fig. 2 den Messtaster und den Objekttisch einer
Messeinrichtung beim Ausrichten des Messtischs, in einer
schematisierten Seitenansicht,
Fig. 3 die Messeinrichtung mit auf dem Objekttisch
aufgespanntem Kalibriernormal und antastendem Messtaster,
in einer schematisierten teilweise geschnittenen Seiten
ansicht,
Fig. 4 das Kalibriernormal nach Fig. 3, mit einge
tauchtem Messtaster in einer Schnittdarstellung,
Fig. 5 den auf dem Objekttisch angeordneten Prüfling
und die Positionen der Tastkörper bei dem Messvorgang in
einer schematisierten Schnittdarstellung, und
Fig. 6 den Prüfling nach Fig. 5, mit in verschiede
nen Tastpositionen befindlichen Tastkörper, in geschnit
tener ausschnittsweiser Darstellung und in einem anderen
Maßstab.
In Fig. 1 ist ein Messtaster 1 veranschaulicht, der
zur Erfassung zweier Messachsen X, Z eingerichtet ist.
Der Messtaster 1 weist einen Grundträger 2 auf, der an
einer nicht weiter veranschaulichten Messmaschine in drei
zueinander rechtwinkligen Richtungen X, Y, Z positionier
bar ist. Der Grundträger hält über eine Geradführung 3,
die von zwei Blattfedern 4, 5 gebildet wird, einen Mess
kopf 6. Die Blattfedern 4, 5 erstrecken sich dabei para
llel und im Abstand zueinander etwa rechtwinklig von dem
Grundträger 2 weg, an dem sie mit jeweils einem Ende
befestigt sind. Mit ihrem jeweiligen anderen abliegenden
Ende sind sie mit einem Halter 7 des Messkopfs 6 verbun
den. Die Blattfedern 4, 5 bilden somit ein Federparalle
logramm, das die Führung des Messkopfs 6 auf einer bogen
förmigen Bahn mit großem Radius gestattet. Im Hinblick
auf die allenfalls geringen Auslenkungen und den dazu
vergleichsweise großen Radius kann von einer Geradführung
gesprochen werden.
Zum Ausgleich des Gewichts des Messkopfs 6 ist an
dem Grundträger 2 mit einem Ende eine Biegefeder 8 einge
spannt, die mit ihrem anderen Ende mit dem Halter 7 in
Verbindung steht und dessen Gewicht aufnimmt.
Zur Erfassung jeder Relativbewegung zwischen dem
Messkopf 6 und dem Grundhalter 2 in Z-Richtung ist ein in
Fig. 1 lediglich schematisch angedeuteter Wegaufnehmer
11 vorgesehen, der bspw. als induktiver Längenmesstaster
ausgebildet sein kann. Andere Wegaufnehmerprinzipien
können ebenso Anwendung finden.
Zur Erfassung von Auslenkungen eines Taststifts 12
in X-Richtung dient der Messkopf 6. An seinem Träger 7
ist über einen Zwischenträger 14 eine Federzunge 15 mit
einem Ende gehalten, die an ihrem anderen Ende den Tast
stift 12 trägt. Relativbewegungen zwischen der Federzunge 15
und dem Träger 7 bzw. dem Zwischenträger 14 in X-Rich
tung werden durch eine lineare Wegmesseinrichtung 16
erfasst. Diese ist bspw. ein induktiver Wegmesstaster
oder ein anderes Wegaufnahmesystem.
Der Taststift 12 trägt an seinem stirnseitigen Ende
eine Halbkugel 17, die als Tastkörper zum Antasten von
Werkstücken oder anderweitigen Flächen in Z-Richtung (in
negativer Z-Richtung) dient. Der Taststift 12 weist eine
Längsmittelachse 18 auf, die abgesehen von Verschwenkun
gen der Federzunge 15 durch Auslenkung des Taststifts 12
in X-Richtung parallel zu der Z-Richtung angeordnet ist.
Radial von dem Taststift 12 erstrecken sich Stummel 19,
20, an deren freien Enden Kugeln 21, 22 gehalten oder
ausgebildet sind, die als Tastkörper zum Antasten von
Prüflingen in X-Richtung dienen.
Dem in Fig. 2 in geschlossenem Zustand in Seiten
ansicht vereinfacht veranschaulichten Taster 1, ist ein
ebenfalls an der nicht weiter veranschaulichten Messma
schine vorgesehener Objekttisch 23 zugeordnet. Diese
weist eine als Auflage oder Aufspannfläche ausgebildete
Oberseite 24 auf, die im Wesentlichen eine Planfläche
ist. Der Objekttisch 23 ist vorzugsweise um die Y-Achse,
die rechtwinklig zu der X- und der Z-Achse ausgerichtet
ist, kippbar ausgebildet. Der Schwenk- oder Kippbereich
kann auf einen geringen Winkelbetrag beschränkt sein, der
lediglich dazu dient, ein Ausrichten der Fläche 24 par
allel zu der X-Achse zu ermöglichen. Hinsichtlich der
Relativbewegung des Messtasters 1 und des Objekttischs 23
bleibt anzumerken, dass es auch möglich ist, anstelle des
Messtasters 1 oder zusätzlich dazu den Objekttisch 23 in
X-, Z- und/oder Y-Richtung verstellbar zu lagern. Wesent
lich ist lediglich, dass zwischen dem Objekttisch 23 und
dem Messtaster 1 eine Relativbewegung in X- und Z-Rich
tung und bei einer bevorzugten Ausführungsform zusätzlich
noch in Y-Richtung möglich ist.
Die linearen Wegmesssysteme 11, 16 sind mit einer
nicht weiter veranschaulichten Auswerteeinrichtung ver
bunden, die die erfassten Messwerte in weiter unten er
läuterter Weise verarbeitet und die gewünschten Kennwerte
von Kegelgewinden ermittelt, die an Prüflingen vorgesehen
sind. Zur Vermessung von Kegelgewinden wird im Einzelnen
wie folgt vorgegangen:
Zunächst wird die Tischfläche 24 des Objekttischs 23
parallel zu der Messachse X ausgerichtet. Dazu wird mit
der Halbkugel 17 des Messtasters 1 die Tischfläche 24 des
Objekttischs 23 in Z-Richtung an einer ersten Stelle
angetastet. Danach wird entweder der Objekttisch oder der
Messtaster 1 in X-Richtung vorzugsweise linear verstellt
und die Tischfläche 24 erneut angetastet. Der Objekttisch
23 wird nun so ausgerichtet, dass sich an beiden Antast
punkten gleich Messwerte ergeben. Dies kann durch gering
fügige Kippung des Objekttischs oder der x-Führung des
Messtasters 1 um die Y-Achse geschehen.
Bedarfsweise kann auf eine Parallelausrichtung der
Tischfläche 24 zu der Messachse X auch verzichtet werden,
wenn die Neigung der Tischfläche 24 zu der Messachse X
durch Antasten wie oben beschrieben, bekannt und als
Korrekturgröße für die spätere Messung abgespeichert
wird.
Im nächsten Arbeitsschritt wird, wie in Fig. 3 ver
anschaulicht ist, ein Kalibriernormal 25 auf den Objekt
tisch 23 aufgesetzt oder auf diesen gespannt. Dazu kann
eine zentrale Befestigungsschraube 25a verwendet werden,
die eine Zentralbohrung des Kalibriernormals 25 durch
setzend in eine Gewindebohrung des Objekttischs 23 einge
schraubt ist. Es folgt nun die Kalibrierung des Messta
sters in X- und bedarfsweise in Z-Richtung:
Der Kalibrierring 25 weist eine zylindrische Bohrung
26 mit bekanntem Durchmesser D auf. Zur Kalibrierung wird
der Messtaster 1 mit seinem Taststift 12 in die Bohrung
26 eingefahren. In einem ersten Schritt wird die
Bohrungswand mit der Messkugel 22 in X-Richtung angeta
stet. Um den Durchmesser in X-Richtung zu finden, wird
der Messtaster 1 nun in Y-Richtung verstellt. Verkleinert
sich der Messwert, wird der Messtaster 1 in Y-Richtung
zurückverstellt und der Messwert wird dabei beobachtet.
Der Umkehrpunkt, bei dem der zunächst ansteigende Mess
wert wieder beginnt abzufallen ist der richtige Antast
punkt, bei dem der X-Wert x1 aufgenommen wird. Danach wird
mit der Tastkugel 21 die gegenüberliegende Stelle der
Bohrungswand angetastet. Der sich ergebende Messwert x2
wird ebenfalls registriert. Aus den beiden Messwerten x1
und x2 kann die gemessene Strecke x1 minus x2 bestimmt
werden. Mit dem bekannten tatsächlichen Durchmesser D der
Zylinderbohrung 26 des Kalibiernormals 25 ergibt sich ein
Tasterkorrekturwert TKx zu:
TKx = D - (x1 - x2).
Zur Kalibrierung des Messtasters bzw. der Messein
richtung in Z-Richtung wird wie in den Fig. 3 und 4
veranschaulicht ist, mit der Messkugel 22 eine in der
Wandung der Zylinderbohrung 26 ausgebildete Ringnut des
Kalibriernormals 25 angetastet. Die Ringnut 27 weist
einen dreieckigen Querschnitt auf, der etwa mit dem Quer
schnitt eines Gewindegangs übereinstimmt. Insbesondere
beträgt der zwischen beiden Flanken der Ringnut 27 einge
schlossene Winkel 50° bis 65°, vorzugsweise 55° oder 60°.
Dies stellt sicher, dass die Tastkugeln 21, 22 die Nut
flanken mit etwa den gleichen Stellen berühren, mit denen
sie später den Prüfling antasten. Ist die in bekannter
Höhe K über der Stirnfläche S1 des Kalibrierrings 25
angeordnete Ringnut mit der Tastkugel 22 etwa in
Bohrungsmitte in X-Richtung angetastet, wird eine mögli
che Z-Auslenkung des Messtasters bzw. des Taststifts 12
aus seiner Ruhelage durch Verstellung des Objekttischs 23
oder des Messtasters 1 in Z-Richtung ausgeglichen oder zu
Null gemacht. Ein etwaiger Anzeigewert für den Abstand
des Mittelpunkts der Tastkugel 22 zu der Tischfläche 24
wird manuell oder automatisch auf den bekannten Abstands
wert K eingestellt. Nachfolgend wird mit der gegenüber
liegenden Tastkugel 21 die gegenüberliegende Seite der
Ringnut 27 angetastet und die Z-Position Z2 ermittelt.
Als Differenz der beiden Z-Anzeigewerte wird ein Taster
korrekturwert TKz berechnet:
TKz = (Z1 - Z2);
mit Z1 = K.
Der Korrekturwert TKz berücksichtigt bei den späte
ren Messungen einen möglichen Z-Versatz der beiden Tast
kugeln 21, 22 gegeneinander.
Die vorbeschriebenen Schritte bilden eine Schritt
folge zur Voreinstellung und Kalibrierung der Messein
richtung. Diese erfolgt vor einem ersten Messvorgang. Sie
muss zwischen aufeinanderfolgenden Messvorgängen jedoch
nicht ständig wiederholt werden. Sind keine Verstellun
gen, Temperaturänderungen oder Dejustagen zu erwarten,
können nach diesem Kalibriervorgang mehrere aufeinand
erfolgende Messungen durchgeführt werden.
Zur Durchführung einer Messung von Kennwerten eines
kegeligen Innengewindes 31, eines Prüflings 32 der bspw.
durch einen Gewinde-Lehrring gebildet ist, wird der Prüf
ling 32 mit seiner stirnseitigen Planfläche 33 auf der
Tischfläche 24 des Objekttischs 23 angeordnet. Die Plan
fläche 33 ist vorzugsweise die der Kegelspitze des kege
ligen Innengewindes 31 zugewandte Stirnfläche. Der Prüf
ling 32 ist nun so positioniert, dass seine Längsmittel
achse, d. h. die Mittelachse 34 des Innengewindes 31 mit
der Z-Achse übereinstimmt bzw. parallel zu dieser ist. Es
werden nun der Objekttisch 23 oder der Messtaster 1 so
verstellt, dass der Mittelpunkt der Tastkugel 21 in der
Prüfebene 36 oder ggfs. in einer von der Prüfebene 36
verschiedenen, zu dieser parallelen Messebene 36' (Fig.
6) liegt. Die Prüfebene 36 befindet sich in festem be
kanntem Abstand b von der Tischfläche 24 und ist parallel
zu der X-Messachse. Der Gewindelehrring 32 wird nun so um
seine Z-Achse gedreht, dass der anzutastende Gewindegang
etwa auf Höhe der Prüfebene 36 liegt. Der Prüfling 32
wird nun auf dem Objekttisch 23 fixiert.
Wie in Fig. 6 veranschaulicht, wird das kegelige
Innengewinde 31 des Prüflings 32 nun bei einer ersten
Antaststelle 41 angetastet. Die Tastkugel 21 berührt
dabei die beiden Flanken des Gewindegangs jeweils in
einem Punkt. Liegt die Tastkugel 21 in dem Gewindegang
an, wird durch Bewegung des Objekttischs 23 oder des
Messtasters 1 in Y-Richtung der Umkehrpunkt gesucht, bei
dem ein in X-Richtung zunächst fallender Messwert bei
fortgesetzter Bewegung in Y-Richtung wieder beginnt zu
zunehmen. Dieser Umkehrpunkt ist der gesuchte Antast
punkt, der bezüglich der X-Richtung auf den Durchmesser
des Innengewindes liegt. An diesem Antastpunkt wird ein
erster Messwert MW1 für die X-Messachse und die Z-Mess
achse aufgenommen. Der Messwert MW1 wird durch das Werte
paar x1, z1 gebildet. Dabei ergibt sich der Wert z1 aus
der Z-Position des Objekttischs 23 und der Tastkugel 21,
die unter Beachtung des Vorzeichens zu einem Wert zusam
mengefasst werden. Zur Gewinnung weiterer Messwerte wird
das Innengewinde 31 mit der Messkugel 21 unterhalb der
Mess- oder Prüfebene 36 in einem weiteren Gewindegang in
der Bezugsebene 37 angetastet. Die Bezugsebene 37 ist
dabei parallel zu der Prüfebene 36 festgelegt. Bspw. wird
ein benachbarter Gewindegang in einem Tastpunkt 42 ange
tastet.
Nachfolgend wird das Innengewinde 31 auf der Gegen
seite angetastet. Dazu wird der Messtaster 1 oder der
Objekttisch 23 in X-Richtung so verstellt, dass die Tast
kugel 22 an einer unterhalb der Mess- oder Prüfebene 36
liegenden Antaststelle 43 mit dem Gewindegang in Berüh
rung kommt. Der Y-Wert ist dabei jeweils der bei der
Umkehrpunktsuche an der Antaststelle 41 aufgefundene Wert
y1. Der X-Wert und der Z-Wert x3, z3 werden erfasst. Glei
ches gilt für eine letzte Antaststelle 44 oberhalb der
Prüfebene 36. Die Antaststellen 43, 44 liegen in benach
barten Gewindegängen unmittelbar im Anschluss an die
Prüfebene 36. Es stehen nun nach Antasten der Antaststel
len 41 bis 44 vier Wertepaare x1, z1 bis x4, z4 zur Verfü
gung. Um aus den Z-Messwerten die Position der Messebene
zu bestimmen wird nachfolgende Formel benutzt:
Der Rechenwert zME kann mit dem Abstand B der Mess-
oder Prüfebene von dem Objekttisch 23 übereinstimmen oder
aufgrund der Messwerte auf diesen umgerechnet werden.
Kegelige Innengewinde 31 weisen einen Kegelwinkel β
auf, wie er in Fig. 5 veranschaulicht ist. Dieser wird
von der Auswerteeinrichtung wie folgt berechnet:
Aus den gewonnenen Messwerten kann der Flankendurch
messer in der Messebene 36 wie folgt berechnet werden:
mit MK = (X4 + X3) : 2 - X1, wobei
dD = der Durchmesser der Messkugeln,
P = Steigung
α = Flankenwinkel.
dD = der Durchmesser der Messkugeln,
P = Steigung
α = Flankenwinkel.
In dem nach dieser Formel berechneten Flankendurch
messer D2ME ist keine Abplattung der Berührungsstelle
zwischen Messkugel und Gewindeflanken und keine Anlage
korrektur infolge des schraubenförmigen Verlaufs des
Gewindegangs berücksichtigt. Dies ist jedoch durch Anwen
dung entsprechender Korrekturwerte oder -formeln möglich.
Schliesslich kann der in der Messebene 36' nach
Fig. 6 bestimmte Flankendurchmesser auf die Prüfebene 36
und die Bezugsebene 37 umgerechnet werden. Dazu werden
nachfolgende Gleichungen verwendet:
b = Abstand der Prüfebene zur Tischfläche,
zME = Abstand der Messebene zur Tischfläche
zME = Abstand der Messebene zur Tischfläche
a = Abstand der Bezugsebene zur Tischfläche.
Bei der Bestimmung der Kennwerte von Außengewinden
wird entsprechend vorgegangen, wobei ein Messtaster An
wendung findet, der nach Antastung eines Antastpunkts an
dem Gewinde zur Antastung eines gegenüberliegenden Punkts
an dem Prüfling vorbeigeführt wird.
Zur Bestimmung von Kenngrößen von kegeligen Gewinden
dient eine Messvorichtung mit einem Objekttisch 23, der
dazu dient, einen Prüfling 32 so auszurichten, dass seine
Mittelachse 34 mit einer Messachse Z eines zweidimensio
nalen Tasters 1 übereinstimmt. Zur Messung des Prüflings
32 wird die Messeinrichtung zunächst unter Verwendung
eines Kalibriernormals kalibriert, das sowohl für die X-
Achse als auch für die Z-Achse eine Antastfläche auf
weist. Diese werden bspw. durch eine Zylinderwandung (für
die X-Achse) und eine Ringnut (für die Z-Achse) gebildet.
Nach Gewinnung entsprechender Korrekturwerte TKx, TKz
wird das Kalibriernormal 25 gegen den Prüfling 32 ausge
tauscht, dessen Gewindegängen an einer ersten Antaststel
le und wenigstens einer zweiten und einer dritten Antast
stelle angetastet werden, die der ersten Antaststelle
gegenüberliegen. Als Tastkörper dienen die Tastkugeln 21,
22. Aus den aufgenommenen X- und Z-Messwerten werden die
gewünschten Kennwerte rechnerisch bestimmt.
Claims (20)
1. Verfahren zur Bestimmung ausgewählter Kennwerte
kegeliger Gewinde (31), insbesondere kegeliger Innenge
winde, an Prüflingen (32),
mit einer Schrittfolge, in der die Lage einer zu der Bezugsebene (36) des kegeligen Gewindes (31) in bekannter Winkelbeziehung stehenden Fläche (24) wenigstens in Bezug auf eine Messachse (x) einer wenigstens zwei Messachsen (x, z) aufweisenden Messtastereinrichtung (1) durch An tasten mit ihrem Tastkörper (17) bestimmt wird,
mit einer Schrittfolge, in der das Gewinde (31) in einer zu der Bezugsebene (37) parallelen Messebene (36') mit dem Messtaster (1) an wenigstens zwei einander gegen überliegenden Stellen (41, 43) angetastet wird, und
mit einer Schrittfolge, in der aus den von dem Mess taster (1) gelieferten Messwerten die ausgewählten Kenn werte bestimmt werden.
mit einer Schrittfolge, in der die Lage einer zu der Bezugsebene (36) des kegeligen Gewindes (31) in bekannter Winkelbeziehung stehenden Fläche (24) wenigstens in Bezug auf eine Messachse (x) einer wenigstens zwei Messachsen (x, z) aufweisenden Messtastereinrichtung (1) durch An tasten mit ihrem Tastkörper (17) bestimmt wird,
mit einer Schrittfolge, in der das Gewinde (31) in einer zu der Bezugsebene (37) parallelen Messebene (36') mit dem Messtaster (1) an wenigstens zwei einander gegen überliegenden Stellen (41, 43) angetastet wird, und
mit einer Schrittfolge, in der aus den von dem Mess taster (1) gelieferten Messwerten die ausgewählten Kenn werte bestimmt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, dass die Fläche (24) eine Aufspannfläche eines Ob
jekttischs (23) ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, dass die Fläche eine Stirnfläche () des Prüflings
(32) ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, dass die Schrittfolge, in der die Lage der zu der
Bezugsebene (37) des kegeligen Gewindes (31) parallelen
Fläche (24) wenigstens in Bezug auf eine Messachse (x)
des Messtasters (1) durch Antasten mit dem Messtaster (1)
bestimmt wird, eine Justierschrittfolge ist, in der die
Aufspannfläche des Objekttischs (23) wenigstens in einer
Richtung (x) parallel zu einer der Messachsen (x, z) des
wenigstens zweiachsigen Tasters (1) ausgerichtet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich
net, dass zur Ausrichtung des Objekttischs (23) seine
Aufspannfläche (24) in Richtung einer im wesentlichen
rechtwinkligen zu der Aufspannfläche festgelegten Mess
achse (z) angetastet wird, wonach der Objekttisch (23)
und/oder der Messtaster (1) in Bezug aufeinander in der
Richtung der Messachse (x), zu der die Aufspannfläche
(24) parallel ausgerichtet werden soll, verstellt werden,
wonach die Aufspannfläche des Objekttischs (23) erneut
angetastet und der Objekttisch anhand der durch Antastung
gewonnen Werte verstellt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, dass der Messtaster (1) vor Ausführung der Messung
mittels eines Kalibriernormals (25) kalibriert wird,
wobei für Innengewindemessungen vorzugsweise ein Kali
brierring mit einer vorzugsweise zylindrischen Bohrung
(26) bekannten Durchmessers (D) oder für Außengewindemes
sungen ein Kalibrierzylinder verwendet wird, der vorzugs
weise jeweils mit wenigstens einer Ringnut (27) in der
Bohrungswandung und/oder der Außenfläche versehen ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich
net, dass der Querschnitt der Ringnut dem Querschnitt
eines Gewindegangs entspricht.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich
net, dass der Messtaster zur Kalibrierung parallel zu der
Bezugsebene (37) mit seinem Tastkörper (21, 22) die zy
lindrische Innen- oder Außenfläche des Kalibriernormals
(25) zunächst an einer Seite und nachfolgend an einer
gegenüberliegenden Seite antastet, wonach aus den durch
Antastung erfassten Messwerten und dem bekannten Durch
messer ein erster Tasterkorrekturwert (TKx) bestimmt
wird.
9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich
net, dass der Messtaster (1) zur Kalibrierung senkrecht
zu der Bezugsebene (37) die Ringnut (27) an wenigstens
einer, vorzugsweise zwei Stellen antastet und dass die
Prüfebene (36) entsprechend der Position der Ringnut (27)
festgelegt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich
net, dass aus zwei an der Ringnut gewonnenen Messwerten
ein Korrekturwert für die senkrecht zu der Bezugsebene
gerichtete Messachse errechnet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich
net, dass eine Verstellung des Tasters in der Messachse
(z) senkrecht zu der Bezugsebene durch Verstellung des
Objekttisches in dieser Richtung beseitigt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, dass der Prüfling mit dem zu vermessenden Gewinde
auf dem Objekttisch positioniert, in eine Position ge
dreht, in der die Antaststelle in der Prüfebene liegt,
und auf dem Objekttisch befestigt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, dass das Gewinde (31) an einer ersten, vorzugsweise
in der Prüfebene liegenden Antaststelle (41) und an zwei
gegenüberliegenden Antaststellen (43, 44) angetastet
wird, die ober- und unterhalb der Prüfebene (36) liegen,
wobei an den Antaststellen (41, 43, 44) Messwerte auf
genommen werden.
14 Verfahren nach Anspruch 1, 4 oder 13, dadurch
gekennzeichnet, dass als Messtaster (1) ein dreiachsiger
(x, y, z) Messtaster verwendet wird, und dass die Antast
stellen durch Umkehrpunktsuche in einer Richtung (y) quer
zu der parallel zu der Bezugsebene () ausgerichteten
Messachse (x) bestimmt werden.
15. Messeinrichtung zur Bestimmung von ausgewählten
Kennwerten von kegeligen Gewinden an Prüflingen,
mit einem einzigen Messtaster (1), der einen Tast finger (12) aufweist, der in wenigstens einer Messachse (x) auslenkbar ist und entsprechend der jeweiligen Aus lenkung Messwerte (xi) abgibt und der derart gehalten und positionierbar ist, dass das Gewinde (31) an einer in der Mess- oder Prüfebene (36, 36') liegenden Antaststelle (41) sowie an wenigstens einer gegenüberliegenden Antast stelle (43) antastbar ist,
mit einem Objekttisch (23), mit dem der Prüfling (32) mit seiner Bezugsebene (37) parallel zu der Mess achse (x) auszurichten ist,
mit einer Auswerteeinrichtung, mit der aus den Mess werten die Kennwerte bestimmbar sind.
mit einem einzigen Messtaster (1), der einen Tast finger (12) aufweist, der in wenigstens einer Messachse (x) auslenkbar ist und entsprechend der jeweiligen Aus lenkung Messwerte (xi) abgibt und der derart gehalten und positionierbar ist, dass das Gewinde (31) an einer in der Mess- oder Prüfebene (36, 36') liegenden Antaststelle (41) sowie an wenigstens einer gegenüberliegenden Antast stelle (43) antastbar ist,
mit einem Objekttisch (23), mit dem der Prüfling (32) mit seiner Bezugsebene (37) parallel zu der Mess achse (x) auszurichten ist,
mit einer Auswerteeinrichtung, mit der aus den Mess werten die Kennwerte bestimmbar sind.
16. Messeinrichtung nach Anspruch 15, dadurch ge
kennzeichnet, dass der Messtaster (1) zwei Messachsen (x,
z) aufweist, die rechtwinklig zueinander ausgerichtet
sind, wobei die zu der Bezugsebene nicht parallel orien
tierte Messachse (z) senkrecht zu der Bezugsebene ausge
richtet ist.
17. Messeinrichtung nach Anspruch 15, dadurch ge
kennzeichnet, dass der Messtaster (1) drei Messachsen (x,
y, z) aufweist, die rechtwinklig zueinander ausgerichtet
sind, wobei eine (x) der Messachsen (x, y, z) parallel zu
der Bezugsebene (37), eine weitere (y) der Messachsen (x,
y, z) im wesentlichen parallel zu der Bezugsebene (37)
und eine (z) der Messachsen (x, y, z) orthogonal zu der
Bezugsebene (37) ausgerichtet ist.
18. Messeinrichtung nach Anspruch 15, dadurch ge
kennzeichnet, dass der Messtaster (1) wenigstens einen
Tastkörper (17) aufweist, mit dem der Objekttisch und der
Prüfling antastbar sind.
19. Messeinrichtung nach Anspruch 18, dadurch ge
kennzeichnet, dass der Messtaster (1) drei Tastkörper
(21, 22, 17) aufweist, von denen ein Tastkörper (17)
einer ersten Messachse (z) und die anderen Tastkörper
(21, 22) der anderen Messachse (x) zugeordnet sind.
20. Messeinrichtung nach Anspruch 19, dadurch ge
kennzeichnet, dass zwei Tastkörper (21, 22) einander
diametral gegenüberliegend an voneinander weg weisenden
Stiften (19, 20) und der dritte Tastkörper (17) an einem
Stift (12) gehalten sind, der sich rechtwinklig zu den
anderen Stiften (19, 20) erstreckt.
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DE1998127364 DE19827364B4 (de) | 1998-06-19 | 1998-06-19 | Verfahren zum Messen kegeliger Gewinde |
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