DE19827364B4

DE19827364B4 - Verfahren zum Messen kegeliger Gewinde

Info

Publication number: DE19827364B4
Application number: DE1998127364
Authority: DE
Inventors: Horst Dr. Donat
Original assignee: MAHR GmbH
Current assignee: MAHR GmbH
Priority date: 1998-06-19
Filing date: 1998-06-19
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2018-06-20
Also published as: DE19827364A1

Abstract

Verfahren zur Bestimmung ausgewählter Kennwerte kegeliger Gewinde (31), insbesondere kegeliger Innengewinde, an Prüflingen (32),
mit einer Schrittfolge,
– in der die Lage einer zu der Bezugsebene (37) 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 Antasten mit einem ersten Tastkörper (17) bestimmt wird, und
– in der ein Kalibriernormal (25) auf die Fläche (24) aufgesetzt und innen zunächst mit einem zweiten Tastkörper (21) und danach an einer gegenüberliegenden Seite mit einem dritten Tastkörper (22) angetastet wird, um Korrekturwerte TKz zu bestimmen,
mit einer Schrittfolge, in der das Gewinde (31) in mehreren zu der Bezugsebene (37) parallelen Messebenen (3.6, 36') mit dem Messtaster (1) an Stellen (41, 42, 43, 44) angetastet wird, von denen wenigstens zwei einander gegenüberliegen, und
mit einer Schrittfolge, in der aus den von...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit dem sich ausgewählte Kennwerte kegeliger Gewinde 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 Gründen nachteilig ist. Das kegelige Gewinde weist einen Nennkegel mit einer Steigung von 1:16 auf, und das Gewindeprofil steht senkrecht zu der Gewindeachse. Der Flankenwinkel 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 Flankenform, der Flankenwinkel und die Gewindesteigung üblicherweise auf Werkzeugmikroskopen mit Hilfe spezieller Okularstrichplatten und des Kreuztisches optisch geprüft werden können, gilt dies nicht für Flankendurchmesser und Kegelwinkel.
Der Flankendurchmesser eines kegeligen Gewindes ändert sich von Windung zu Windung. Um Kenn- und Nennwerte bestimmen zu können, ist festgelegt, den Flankendurchmesser in einer für die Messung empfohlenen Prüfebene zu bestimmen (Din 158). Die Prüfebene ist orthogonal zu der Mittelachse des Gewindes festgelegt. Außerdem ist eine von der Prüfebene beabstandete, zu dieser parallele Bezugsebene festgelegt, in der ebenfalls Messungen durchgeführt werden können.
Zur funktionsorientierten Überprüfung von kegeligen Gewinden können alle Bestimmungsgrößen des Gewindes besonders 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 erforderlichen Genauigkeit auch geprüft werden muss. Bei Gewinde-Lehrringen reicht eine summarische Prüfung jedoch nicht aus. Es ist vielmehr erforderlich, jede einzelne Bestimmungsgröße des Gewindes zu messen.
Die Maßhaltigkeit von Gewindelehren (Gewinde-Lehrringen) ist sowohl im Neuzustand, d.h. bei der Herstellung solcher Gewindelehren, als auch während der Einsatzzeit durch regelmäßige Prüfmittelüberwachung sicherzustellen. Dabei kommt es insbesondere darauf an, den Flankendurchmesser und den Kegel winkel als wesentliche Bestimmungsgrößen für die Beurteilung von Gewinde-Lehrringen 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 Messachse eines Messtasters erfordern. Das Verfahren nutzt einen Tastkopf mit einem zwei Tastkugeln tragenden Taster, der in einer ersten, mit einer Z-Achse übereinstimmenden 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 Richtungen (X, Z) ausgerichteten Achse (Y) schwenkbar gelagert. Zur Messung ist die Auflage des Tischs so einzustellen, dass die Wandung des kegeligen Innengewindes an dem Antastpunkt rechtwinklig zu der Auslenkrichtung X des Messtasters steht. Mit anderen Worten ist die von der Tastkugel angetastete Mantellinie des von dem Innengewinde beschriebenen Kegels parallel zu der Verstellrichtung (Z) des Tastkopfs ausgerichtet.
Durch die Schräglagerung des Prüflings wird die normgerechte Bestimmung der Prüfebene bzw. der Bezugsebene 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 Messergebnisses 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 Automatisierung lässt sich mit dem vorbekannten Messverfahren und der Messvorrichtung nur schwer erreichen.
Darüberhinaus ist aus der DE 195 22 276 C1 ein weiteres Messvefahren 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 Stirnfläche des Prüflings sowie einen Gewindegang anzutasten. Ein diametral gegenüberliegend angeordneter Messtaster weist eine plane Stirnfläche auf und dient dazu, zwei Gewindegänge mit eingelegten Gewindemessdrähten anzutasten.
Die Automatisierung der Messung ist schon wegen der einzulegenden Gewindemessdrähte schwierig.
Aus der DE 198 08 825 A1 ist ein Verfahren zum Vermessen von Kegelgewinden auf einem Koordinatenmessgerät bekannt. Zur Durchführung des Verfahrens ist das Koordinatenmessgerät mit einem Träger versehen, an dem ein Taster vertikal verstellbar gehalten ist. An dem Träger und an dem Taster sind Peilmarken angebracht, die als Höhenbezug für den Taster dienen. Zur Durchführung der Messung wird zunächst ein Kalibriernormal auf die Tischauflagefläche aufgelegt, der Taster wird kalibriert und danach wird der Prüfling vermessen. Dazu wird im Anschluss an die Kalibrierung der den Taster haltende Federbügel so tariert, dass die beiden Peil- oder Koinzidenzmarken nicht zusammenstimmen, d.h. der Taster hängt etwas nach unten. Ein zweiter Schritt dient zur Definition einer Bezugsebene, indem der Taster durch Hochfahren. des Tischs so lange angehoben wird, bis die Koinzidenzmarken übereinstimmen. Hier wird der Taster genullt. Danach wird der Prüfling auf die Tischfläche aufgelegt und angetastet. Durch Anheben des Tisches werden die Koinzi denzmarken wiederum in Koinzidenz gebracht, um eine Messung innerhalb der gewünschten Bezugsebene sicher zu stellen. Auf diese Weise werden mehrere Gewindegänge angetastet, wobei aus den Tastergebnissen die gewünschten Kennwerte berechnet werden.
Das Verfahren ist insoweit mit Unsicherheiten behaftet, als Koinzidenzmarken manuell in Übereinstimmung gebracht werden müssen.
Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Messen kegeliger Gewinde, insbesondere kegeliger Innengewinde zu schaffen, das präzise und leicht automatisierbar ist.
Diese Aufgaben wird mit dem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Messverfahren wird zunächst eine Bezugsebene des Prüflings mit einer einen oder mehrere Messtaster umfassenden Messtastereinrichtung bestimmt. Dabei wird die Lage bspw. lediglich hinsichtlich der Neigung in Bezug auf eine Messachse (X) bestimmt, 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 orthogonal zu der Mittelachse des Gewindes ausgerichtet sind.
Ist die zu der Bezugsebene in bekannter Winkelbeziehung stehende Fläche (bspw. die Aufspannfläche des Objekttischs) 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 verschiedenen in X-Richtung gegeneinander versetzten Antastpunkten 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, vorzugsweise 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 Gewindes. Die Erfassung der Messwerte in der X-Richtung erfolgt dann mit einem einzigen Messtaster der ggfs. mit zwei Messkugeln oder anderweitigen Tastkörpern ausgestattet ist. Die erste Antaststelle wird dabei in die Prüfebene gelegt, während die gegenüberliegenden Antaststellen 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 gering 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 erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich, wenn die Messtastereinrichtung außerdem eine dritte Messachse (Z-Achse) erfassen kann. Außerdem ist der Messtaster in einem solchen Fall vorteilhafterweise an einer Positioniereinrichtung gehalten, die ihn jeweils parallel zu den drei Achsen X, Y, Z positionieren 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 Antastpunkte auf den Durchmesser des Prüflings bzw. des Gewindes 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 dreieckigem Querschnitt ausgebildet ist. Mit diesem Kalibriernormal 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. dreieckigem Querschnitt ausgebildete Nut vorgesehen ist. Auch damit lassen sich Korrekturwerte für die X- und die Z-Achse bestimmen. Allerdings muss die Messtastereinrichtung bei Messung von Außengewinden um den Prüfling herumgeführt werden, um diesen an zwei einander diametral gegenüberliegenden Antaststellen anzutasten. Die Nut weist vorzugsweise einen mit einem Gewindegang übereinstimmenden 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 einer Messeinrichtung veranschaulicht. Es zeigen:
1 eine Messtastereinrichtung zur Erfassung von zwei Messachsen X, Z, in vereinfachter und schematisierter Schnittdarstellung,
2 den Messtaster und den Objekttisch einer Messeinrichtung beim Ausrichten des Messtischs, in einer schematisierten Seitenansicht,
3 die Messeinrichtung mit auf dem Objekttisch aufgespanntem Kalibriernormal und antastendem Messtaster, in einer schematisierten teilweise geschnittenen Seitenansicht,
4 das Kalibriernormal nach 3, mit eingetauchtem Messtaster in einer Schnittdarstellung,
5 den auf dem Objekttisch angeordneten Prüfling und die Positionen der Tastkörper bei dem Messvorgang in einer schematisierten Schnittdarstellung, und
6 den Prüfling nach 5, mit in verschiedenen Tastpositionen befindlichen Tastkörper, in geschnittener ausschnittsweiser Darstellung und in einem anderen Maßstab.
Beschreibung:
In 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 positionierbar ist. Der Grundträger hält über eine Geradführung 3, die von zwei Blattfedern 4, 5 gebildet wird, einen Messkopf 6. Die Blattfedern 4, 5 erstrecken sich dabei parallel 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 verbunden. Die Blattfedern 4, 5 bilden somit ein Federparallelogramm, das die Führung des Messkopfs 6 auf einer bogenförmigen 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 eingespannt, 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 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 Taststift 12 trägt. Relativbewegungen zwischen der Federzunge 15 und dem Träger 7 bzw. dem Zwischenträger 14 in X-Richtung 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 Verschwenkungen 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 Tastköper zum Antasten von Prüflingen in X-Richtung dienen.
Dem in 2 in geschlossenem Zustand in Seitenansicht vereinfacht veranschaulichten Taster 1, ist ein ebenfalls an der nicht weiter veranschaulichten Messmaschine 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 parallel 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. Wesentlich ist lediglich, dass zwischen dem Objekttisch 23 und dem Messtaster 1 eine Relativbewegung in X- und Z-Richtung und bei einer bevorzugten Ausführungsform zusätzlich noch in Y-Richtung möglich ist.
Die linearen Wegmesssysteme 11, 16 sind mit einer nicht weiter veranschaulichten Auswerteeinrichtung verbunden, die die erfassten Messwerte in weiter unten erläuterter 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 Antastpunkten gleich Messwerte ergeben. Dies kann durch geringfügige 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 3 veranschaulicht ist, ein Kalibriernormal 25 auf den Objekttisch 23 aufgesetzt oder auf diesen gespannt. Dazu kann eine zentrale Befestigungsschraube 25a verwendet werden, die eine Zentralbohrung des Kalibriernormals 25 durchsetzend in eine Gewindebohrung des Objekttischs 23 eingeschraubt ist. Es folgt nun die Kalibrierung des Messtasters 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 angetastet. 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 Messwert wieder beginnt abzufallen ist der richtige Antastpunkt, 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 Messeinrichtung in Z-Richtung wird wie in den 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 Querschnitt eines Gewindegangs übereinstimmt. Insbesondere beträgt der zwischen beiden Flanken der Ringnut 27 eingeschlossene Winkel 50° bis 65°, vorzugsweise 55° oder 60°. Dies stellt sicher, dass die Tastkugeln 21, 22 die Nutflanken 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 mögliche 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 Anzeigewerte für den Abstand des Mittelpunkts der Tastkugel 22 zu der Tischfläche 24 wird manuell oder automatisch auf den bekannten Abstandswert K eingestellt. Nachfolgend wird mit der gegenüberliegenden Tastkugel 21 die gegenüberliegende Seite der Ringnut 27 angetastet und die Z-Position Z2 ermittelt. Als Differenz der beiden Z-Anzeigewerte wird ein Tasterkorrekturwert TKz berechnet: TKz = (Z1 – Z2);mit Z1 = K.
Der Korrekturwert TKz berücksichtigt bei den späteren Messungen einen möglichen Z-Versatz der beiden Tastkugeln 21, 22 gegeneinander.
Die vorbeschriebenen Schritte bilden eine Schrittfolge zur Voreinstellung und Kalibrierung der Messeinrichtung. Diese erfolgt vor einem ersten Messvorgang. Sie muss zwischen aufeinanderfolgenden Messvorgängen jedoch nicht ständig wiederholt werden. Sind keine Verstellungen, Temperaturänderungen oder Dejustagen zu erwarten, können nach diesem Kalibriervorgang mehrere aufeinanderfolgende 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 Prüfling 32 mit seiner stirnseitigen Planfläche 33 auf der Tischfläche 24 des Objekttischs 23 angeordnet. Die Planfläche 33 ist vorzugsweise die der Kegelspitze des kegeligen Innengewindes 31 zugewandte Stirnfläche. Der Prüfling 32 ist nun so positioniert, dass seine Längsmittelachse, 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' (6) liegt. Die Prüfebene 36 befindet sich in festem bekannten 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 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 zuzunehmen. Dieser Umkehrpunkt ist der gesuchte Antastpunkt, 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-Messachse aufgenommen. Der Messwert MW1 wird durch das Wertepaar 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 zusammengefasst 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 angetastet.
Nachfolgend wird das Innengewinde 31 auf der Gegenseite angetastet. Dazu wird der Messtaster 1 oder der Objekttisch 23 in X-Richtung so verstellt, dass die Tastkugel 22 an einer unterhalb der Mess- oder Prüfebene 36 liegenden Antaststelle 43 mit dem Gewindegang in Berührung 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. Gleiches gilt für eine letzte Antaststelle 44 oberhalb der Prüfebene 36. Die Antaststellen 43, 44 liegen in benachbarten Gewindegängen unmittelbar im Anschluss an die Prüfebene 36. Es stehen nun nach Antasten der Antaststellen 41 bis 44 vier Wertepaar x₁, z₁ bis x₄, z₄ zur Verfügung. Um aus den Z-Messwerten die Position der Messebene zu bestimmen wird nachfolgende Formel benutzt:
Der Rechenwert z_ME 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 5 veranschaulicht ist. Dieser wird von der Auswerteeinrichtung wie folgt berechnet:
Aus den gewonnenen Messwerten kann der Flankendurchmesser in der Messebene 36 wie folgt berechnet werden:
mit MK = (X4 + X3):2 – X1,wobei

d_D: = der Durchmesser der Messkugeln,
P: = Steigung
α: = Flankenwinkel.

In dem nach dieser Formel berechneten Flankendurchmesser D_2ME ist keine Abplattung der Berührungsstelle zwischen Messkugel und Gewindeflanken und keine Anlagekorrektur infolge des schraubenförmigen Verlaufs des Gewindegangs berücksichtigt. Dies ist jedoch durch Anwendung entsprechender Korrekturwerte oder -formeln möglich.
Schliesslich kann der in der Messebene 36' nach 6 bestimmte Flankendurchmesser auf die Prüfebene 36 und die Bezugsebene 37 umgerechnet werden. Dazu werden nachfolgende Gleichungen verwendet:

b = Abstand der Prüfebene zur Tischfläche,
z_ME = Abstand der Messebene zur Tischfläche

a = Abstand der Bezugsebene zur Tischfläche.

Bei der Bestimmung der Kennwerte von Außengewinden wird entsprechend vorgegangen, wobei ein Messtaster Anwendung 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 zweidimensionalen 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 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 25 gegen den Prüfling 32 ausgetauscht, dessen Gewindegängen an einer ersten Antaststelle und wenigstens einer zweiten und einer dritten Antaststelle angetastet werden, die der ersten Antaststelle gegenüberliegen. Als Tastkörper dienen die Tastkugeln 21, 22. Aus dem aufgenommenen X- und Z-Messwerten werden die gewünschten Kennwerte rechnerisch bestimmt.

Claims

Verfahren zur Bestimmung ausgewählter Kennwerte kegeliger Gewinde (31), insbesondere kegeliger Innengewinde, an Prüflingen (32), mit einer Schrittfolge, – in der die Lage einer zu der Bezugsebene (37) 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 Antasten mit einem ersten Tastkörper (17) bestimmt wird, und – in der ein Kalibriernormal (25) auf die Fläche (24) aufgesetzt und innen zunächst mit einem zweiten Tastkörper (21) und danach an einer gegenüberliegenden Seite mit einem dritten Tastkörper (22) angetastet wird, um Korrekturwerte TKz zu bestimmen, mit einer Schrittfolge, in der das Gewinde (31) in mehreren zu der Bezugsebene (37) parallelen Messebenen (3.6, 36') mit dem Messtaster (1) an Stellen (41, 42, 43, 44) angetastet wird, von denen wenigstens zwei einander gegenüberliegen, und mit einer Schrittfolge, in der aus den von dem Messtaster (1) gelieferten Messwerten und den Korrekturwerten TKz die ausgewählten Kennwerte bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche (24) eine Aufspannfläche eines Objekttischs (23) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche eine Stirnfläche des Prüflings (32) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 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.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausrichtung des Objekttischs (23) seine Aufspannfläche (24) in Richtung einer im wesentlichen rechtwinklig zu der Aufspannfläche festgelegten Messachse (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.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messtaster (1) vor Ausführung der Messung mittels eines Kalibriernormals (25) kalibriert wird, wobei für Innengewindemessungen vorzugsweise ein Kalibrierring mit einer vorzugsweise zylindrische Bohrung (26) bekannten Durchmessers (D) oder für Außengewindemessungen ein Kali brierzylinder verwendet wird, der vorzugsweise jeweils mit wenigstens einer Ringnut (27) in der Bohrungswandung und/oder der Außenfläche versehen ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Ringnut dem Querschnitt eines Gewindegangs entspricht.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Messtaster zur Kalibrierung parallel zu der Bezugsebene (37) mit seinem Tastkörper (21, 22) die zylindrische 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 Durchmesser ein erster Tasterkorrekturwert (TKx) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, 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.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass aus zwei an der Ringnut gewonnenen Messwerten ein Korrekturwert für die senkrecht zu der Bezugsebene gerichtete Messachse errechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verstellung des Tasters in der Messachse (z) senkrecht zu der Bezugsebene durch Verstellung des Objekttisches in dieser Richtung beseitigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüfling mit dem zu vermessenden Gewinde auf dem Objekttisch positioniert, in eine Position gedreht, in der die Antaststelle in der Prüfebene liegt, und auf dem Objekttisch befestigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 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 aufgenommen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, 4 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Messtaster (1) ein dreiachsiger (x, y, z) Messtaster verwendet wird, und dass die Antaststellen durch Umkehrpunktsuche in einer Richtung (y) quer zu der paralllel zu der Bezugsebene () ausgerichteten Messachse (x) bestimmt werden.