DE19951852A1

DE19951852A1 - Meßanordnung zum berührungslosen Erfassen geometrischer Kenngrößen an außenverzahnten Bauteilen

Info

Publication number: DE19951852A1
Application number: DE1999151852
Authority: DE
Inventors: Holger Guenther; Juergen Leopold
Original assignee: FERTIGUNGSTECHNIK und ENTWICKL
Current assignee: FERTIGUNGSTECHNIK und ENTWICKL
Priority date: 1999-10-27
Filing date: 1999-10-27
Publication date: 2001-05-03

Abstract

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Meßanordnung gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches zu entwickeln, die eine automatische und fertigungsnahe Prüfung des Bauteiles ermöglicht. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Aufnahme (1) mit einer elektronisch gesteuerten Positioniereinrichtung in Wirkverbindung steht, die zur Verlagerung der durch die modulierten Lichtstrukturen erzeugten Meßstellen entlang eines Verzahungsverlaufes des außenverzahnten Bauteiles (2) dient, daß die Aufnahme (1) mit einer zweiten elektronisch gesteuerten Positioniereinrichtung in Wirkverbindung steht, die zur Verlagerung der Meßstellen entlang einer Zahnflanke dient, daß zwei CCD-Kameras (4; 5) als Bildaufnahmeeinheiten in Abhängigkeit vom Verzahnungstyp des außenverzahnten Bauteiles (2) speziell für die Meßaufgabe auf das Bauteil (2) ausgerichtet und fest positioniert sind und daß die Auswerteeinheit in einer elektronischen Zentraleinheit (6), die einen automatischen Meßablauf reguliert, integriert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßanordnung zum berührungslosen Erfassen geometrischer Kenngrößen an außenverzahnten Bauteilen in einer Aufspannung auf einer Aufnahme zur Positionierung des Bauteiles für einen Meßvorgang unter Verwendung einer Projektionseinheit mit modulierter Lichtstruktur, einer CCD-Kamera im Bereich eines ausfallenden Lichtstrahles und einer Auswerteeinheit, auf der mittels Algorithmen eine Verarbeitung der Meßdaten zu den gesuchten geometrischen Kenngrößen erfolgt.

Bei der Vermessung von Verzahnungsgeometrien kommen 3D-Koordinatenmeßmaschinen als tastende Vorrichtungen zum Einsatz. Sie ermöglichen hochgenaue Präzisionsmessungen, haben aber die Nachteile einer sehr zeitintensiven Messung, Erfassungsprobleme bei auskragenden konkaven Strukturen, bei Verdrehungen, verhältnismäßig geringe Meßpunktzahl, d. h. ungenügende Erkennung von Abweichungen kleiner Ausdehnung. Die DE 38 13 662 A1 beschreibt eine Methode zur schnellen Prüfung von unebenen Oberflächen. Dabei wird ein von einer optischen Maske auf ein Muster begrenztes Lichtbündel auf den Prüfling projiziert, dessen Reflexionen von einem photoelektrischen Sensor auf der Prüfungsfläche detektiert werden. Die Erfindung ermöglicht die Erfassung zweidimensionaler Fehler, wie defekte Stellen, Schmutz und Stoßstellen auf metallischen Oberflächen. Die erforderliche quantitative Vermessung geometrischer 3D-Parameter ist damit nicht realisierbar.

Ein durch das Institut für innovative Technologien; Technologietransfer, Ausbildung und berufsbegleitende Weiterbildung e.V., Chemnitz, vorgestelltes optisches 3D-Meßverfahren mit projizierten Streifenmuster erzeugt räumliche Punktwolken. Dazu ist in einer Aufspannung der Prüfling auf einer 3D-Koordinatenmeßmaschine mit Drehtisch angeordnet. Eine Lichtquelle mit streifenmodulierter Lichtstruktur, eine CCD-Kamera im Bereich eines ausfallenden Lichtstrahles und eine Auswerteeinheit, auf der mittels Algorithmen eine Verarbeitung der Meßdaten zu räumlichen Punktwolken erfolgt, komplettieren die Meßanordnung. Diese Meßanordnung hat den Nachteil, daß bei einer Vermessung von steilen Zahnflanken eines außenverzahnten Bauteiles massive Probleme mit Reflexionen, Abschaltungen und unzureichend erkannten Flächen auftreten, die eine automatisch fertigungsnahe Prüfung des Bauteiles verhindern.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Meßanordnung zum berührungslosen Erfassen geometrischer Kenngrößen an außenverzahnten Bauteilen in einer Aufspannung auf einer Aufnahme zur Positionierung des Bauteiles für einen Meßvorgang unter Verwendung einer Projektionseinheit mit modulierter Lichtstruktur, einer CCD-Kamera im Bereich eines ausfallenden Lichtstrahles und einer Auswerteeineheit, auf der mittels Algorithmen eine Verarbeitung der Meßdaten zu den geometrischen Kenngrößen erfolgt, zu entwickeln, die eine automatische und fertigungsnahe Prüfung des Bauteiles ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Aufnahme mit einer elektronisch gesteuerten Positioniereinrichtung in Wirkverbindung steht, die zur Verlagerung der durch die modulierten Lichtstrukturen erzeugten Meßstellen entlang eines Verzahnungsverlaufes des außenverzahnten Bauteiles dient, daß die Aufnahme mit einer zweiten elektronisch gesteuerten Positioniereinrichtung in Wirkverbindung steht, die zur Verlagerung der Meßstellen entlang einer Zahnflanke dient, daß zwei CCD-Kameras als Bildaufnahmeeinheiten in Abhängigkeit vom Verzahnungstyp des außenverzahnten Bauteiles speziell für die Meßaufgabe auf das Bauteil ausgerichtet und fest positioniert sind und, daß die Auswerteeinheit in einer elektronischen Zentraleinheit, die einen automatischen Meßablauf reguliert, integriert ist.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung zeigen die Unteransprüche. Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der dazugehörigen Zeichnung zeigt die Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Meßanordnung zum berührungslosen Erfassen geometrischer Kenngrößen an außenverzahnten Bauteilen.

Die Erfindung besteht aus einer Aufnahme 1 für außenverzahnte Bauteile 2. In der Fig. 1 ist dies ein außenverzahntes Bauteil 2 mit einer rotationssymmetrischen Teilung. Dieses Bauteil 2 ist mittels einer Aufspannung, die in der Fig. 1 nicht dargestellt ist, auf der Aufnahme 1 befestigt. Diese Aufnahme 1 ist im vorliegenden Beispiel ein Drehtisch. Der Drehtisch ist mit dem Bauteil 2 mittels in der Fig. 1 nicht dargestellten Positioniereinrichtungen höhenverstellbar, um beispielsweise Zahnflanken auszumessen, und drehbar, um zahngeometrische Parameter, wie Teilung, Dachwinkel u. a., zu ermitteln. Das Bauteil 2 wird an der Meßstelle mit Hilfe einer Projektionseinrichtung 3 mit einer modulierten Lichtstruktur beleuchtet. Die Erzeugung dieser Struktur erfolgt in der Projektionseinheit 3 über eine maskenähnliche Vorrichtung, die nicht dargestellt ist, und die entweder aus einer unveränderlichen Vorlage für eine Lichtstruktur, aus mehreren Vorlagen einschließlich einer maschinensteuerbaren Vorrichtung zu deren Wechsel oder aus einer Einrichtung besteht, die die unmittelbare Erzeugung der Modulation des Lichtstrahles anhand maschinenlesbarer Anweisungen realisiert. In definierten Abständen und Winkeln befinden sich zwischen der Projektionseinheit 3 und der Meßstelle zwei CCD-Kameras 4; 5 als Bildaufnahmeeinheiten, die von der modulierten Lichtstruktur an der Meßstelle jeweils ein Videosignal erzeugen. Diese werden einer Auswerteeinheit zugeführt, die in einer elektronischen Zentraleinheit 6, die den automatischen Meßablauf reguliert, integriert ist. Hier erfolgt mittels definierter Algorithmen eine Verarbeitung der Meßgrößen zu den gesuchten geometrischen Kenngrößen des außenverzahnten Bauteiles 2. Um geometrische Kenngrößen an einer Zahnstange berührungslos zu erfassen, ist die Zahnstange, die in der Figur nicht dargestellt ist, in einer Aufspannung auf einer Aufnahme 1 angeordnet, wobei die Aufnahme 1 in X- und Y-Achsrichtung zur Vornahme der Messungen positionierbar ist. Über die elektronische Zentraleinheit 6 werden die Positioniereinrichtungen automatisch angesteuert. Weiterhin ist durch die elektronische Zentraleinheit 6 eine nicht dargestellte Lichtmodulationseinheit in der Projektionseinheit 3 sowie die Grundhelligkeit und die Fokkussierung des Lichtes der Projektionseinheit 3 automatisch einstellbar.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1

Aufnahme

2

Bauteil

3

Projektionseinheit

4

CCD-Kamera

5

CCD-Kamera

6

Zentraleinheit

Claims

1. Meßanordnung zum berührungslosen Erfassen geometrischer Kenngrößen an außenverzahnten Bauteilen in einer Aufspannung auf einer Aufnahme zur Positionierung des Bauteiles für einen Meßvorgang unter Verwendung einer Projektionseinheit mit modulierter Lichtstruktur, einer CCD-Kamera im Bereich eines ausfallenden Lichtstrahles und einer Auswerteeinheit, auf der mittels Algorithmen eine Verarbeitung der Meßdaten zu den gesuchten geometrischen Kenngrößen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (1) mit einer elektronisch gesteuerten Positioniereinrichtung in Wirkverbindung steht, die zur Verlagerung der durch die modulierten Lichtstrukturen erzeugten Meßstellen entlang eines Verzahnungsverlaufes des außenverzahnten Bauteiles (2) dient, daß die Aufnahme (1) mit einer zweiten elektronisch gesteuerten Positioniereinrichtung in Wirkverbindung steht, die zur Verlagerung der Meßstellen entlang einer Zahnflanke dient, daß zwei CCD-Kameras (4; 5) als Bildaufnahmeeinheiten in Abhängigkeit vom Verzahnungstyp des außenverzahnten Bauteiles (2) speziell für die Meßaufgabe auf das Bauteil (2) ausgerichtet und fest positioniert sind und, daß die Auswerteeinheit in einer elektronischen Zentraleinheit (6), die einen automatischen Meßablauf reguliert, integriert ist.

2. Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (1) für das außenverzahnte Bauteil (2) mit rotationssymmetrischer Teilung mittels der Positioniereinrichtungen höhenverstellbar und um die Rotationsachse des Bauteiles drehbar angeordnet ist.

3. Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (1) für eine Zahnstange in X- und Y-Achsrichtung mittels Positioniereinrichtungen verstellbar angeordnet ist.

4. Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die elektronische Zentralsteuerung die Positioniereinrichtungen automatisch ansteuerbar sind.

5. Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die elektronische Zentraleinheit (6) eine Lichtmodulationseinrichtung in der Projektionseinrichtung automatisch ansteuerbar ist.

6. Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die elektronische Zentraleinheit (6) die Grundhelligkeit und die Fokkusierung des Lichtes der Projektionseinheit automatisch einstellbar sind.