DE202015007513U1

DE202015007513U1 - Messvorrichtung für die Vermessung mindestens eines Geometrieparameters eines rotationssymmetrischen Werkstücks

Info

Publication number: DE202015007513U1
Application number: DE202015007513.4U
Authority: DE
Original assignee: T & S GES fur LANGENPRUEFTECHNIK MBH; T & S Gesellschaft fur Langenprueftechnik Mbh
Current assignee: T & S GES fur LANGENPRUEFTECHNIK MBH; T & S Gesellschaft fur Langenprueftechnik Mbh
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2015-11-23
Anticipated expiration: 2025-10-31

Abstract

Messvorrichtung (1) für die Vermessung mindestens eines Geometrieparameters eines rotationssymmetrischen Werkstücks (2) mit einer Längsrichtung (L), umfassend – eine erste Lagerstelle (3) zur Aufnahme eines ersten axialen Abschnitts (4) des Werkstücks (2), – eine zweite Lagerstelle (5) zur Aufnahme eines zweiten axialen Abschnitts (6) des Werkstücks (2) und – eine erste Messstelle (7) mit einem Messelement zur Erfassung des Geometrieparameters des Werkstücks (2), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Lagerstellen (3, 5) und die Messstelle (7) mit jeweiligen Linear-Verschiebeeinrichtung (8, 9, 10) in Verbindung stehen, mit denen sie elektromotorisch betrieben an eine vorgegebene Position entlang der Längsrichtung (L) verfahren werden können.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung für die Vermessung mindestens eines Geometrieparameters eines rotationssymmetrischen Werkstücks mit einer Längsrichtung, umfassend

– eine erste Lagerstelle zur Aufnahme eines ersten axialen Abschnitts des Werkstücks,
– eine zweite Lagerstelle zur Aufnahme eines zweiten axialen Abschnitts des Werkstücks und
– eine erste Messstelle mit einem Messelement zur Erfassung des Geometrieparameters des Werkstücks.

Eine gattungsgemäße Messvorrichtung ist aus der DE 10 2013 009 599 A1 bekannt. Die dort beschriebene Messvorrichtung ist ausgebildet, um Läufer von Elektromotoren zu vermessen. Diese weisen eine Welle auf, auf der ein Ankerblechstapel angeordnet ist, der über den Umfang gleichmäßig verteilt Nuten (Schlitze) aufweist. Hierdurch werden Umfangsabschnitte gebildet, in denen Drahtwicklungen angeordnet sind. Axial neben dem Ankerblechstapel befindet sich der Kommutator, der gleichermaßen über den Umfang segmentiert bzw. geschlitzt ausgebildet ist. Die Drahtwicklungen sind mit jeweiligen Segmenten des Kommutators elektrisch verbunden. Es handelt sich hierbei um einen an sich bekannten Aufbau des Läufers eines Elektromotors.
Die Schlitze können sich dabei in Achsrichtung, also „gerade” erstrecken, aber auch unter einem Winkel zur Drehachse des Läufers verlaufen.
Bei der Herstellung derartiger Läufer ist es unter anderem ein wichtiges Qualitätskriterium, wie genau die Nutenverteilung über den Umfang des Ankerblechstapels mit der Nutenverteilung im Kommutator übereinstimmt. Bei der Qualitätsprüfung eines Läufers sind hierfür maximale Toleranzen vorgegeben.
Demgemäß wird bei der Prüfung der Läufer (Rotor) auf einer Lagerung gelagert und drehangetrieben. Durch einen Sensor im Bereich des Ankerblechstapels und einen Sensor im Bereich des Kommutators kann dann gemessen werden, ob und in welcher Weise die Nutenverteilung über den Umfang des Ankerblechstapels mit derjenigen über den Umfang des Kommutators übereinstimmt.
Bei der vorbekannten Vorrichtung ist vorgesehen, dass die beiden Lagerstellen zur Aufnahme des Läufers durch jeweils ein Prisma gebildet werden, dass entlang der Längsrichtung des Läufers in der Messvorrichtung entsprechend positioniert wird. Die Sensoren können dann über ein Linear-Verschiebeelement in ihre Messposition verfahren werden, was insbesondere dafür nötig ist, um bei schräggenuteten Ankerblechstapeln den Verlauf der Nut über den Umfang zu erfassen.
Nachteilig ist bei den vorbekannten Vorrichtungen, dass der Einstell-Aufwand der Vorrichtung relativ groß ist, bevor mit dem benötigten Grad an Präzision die in Rede stehende Messung durchgeführt werden kann. Dieser Nachteil tritt insbesondere dann auf, wenn verschiedenartige Elektromotor-Läufer mit relativ kleinen Losgrößen vermessen werden müssen. In diesem Falle ist der Rüstaufwand für die Bereitstellung der Messvorrichtung groß und die Kosten für die Qualitätskontrolle entsprechend hoch.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Messvorrichtung bereitzustellen, mit der es möglich ist, in effizienter Weise auch kleine Losgrößen unterschiedlicher Werkstücke zu vermessen. Damit sollen die Kosten für die Qualitätssicherung reduziert werden können.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest eine der Lagerstellen – bevorzugt alle Lagerstellen – und die Messstelle mit jeweiligen Linear-Verschiebeeinrichtung in Verbindung stehen, mit denen sie elektromotorisch betrieben an eine vorgegebene Position entlang der Längsrichtung verfahren werden können.
Bevorzugt weist die Messvorrichtung weiterhin eine zweite Messstelle mit einem Messelement zur Erfassung eines Geometrieparameters des Werkstücks auf, wobei auch die zweite Messstelle mit einer Linear-Verschiebeeinrichtung in Verbindung steht, mit der sie elektromotorisch betrieben an eine vorgegebene Position entlang der Längsrichtung verfahren werden kann.
Durch diese Ausgestaltung wird es möglich, sehr schnell und damit effizient die Lagerstellen sowie die Messstellen in eine Position zu verfahren, die einem individuell zu vermessenden Werkstück entspricht. Werden also verschiedenartige Werkstücke, insbesondere Elektromotor-Läufer, vermessen, können elektromotorisch in kurzer Zeit sowohl die Lagerstellen als auch die Messstellen in die benötigte Stellung entlang der Längsachse des Werkstücks verfahren werden, so dass ein diesbezüglicher Rüstaufwand entfällt. Vielmehr erlaubt die Vorrichtung durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ein automatisiertes Anfahren der präzisen Lager- und Messpositionen.
Die Linear-Verschiebeeinrichtungen umfassen dabei besonders bevorzugt eine gemeinsame ortsfest angeordnete Gewindespindel. In diesem Falle ist mit Vorteil vorgesehen, dass die Linear-Verschiebeeinrichtungen weiterhin jeweils eine die Gewindespindel umfassende Gewindemutter aufweisen, die mit jeweils einem Elektromotor in Verbindung stehen. Die Elektromotoren sind dabei bevorzugt Schrittmotoren.
Die Messvorrichtung kann weiterhin einen ortfesten Endanschlag für das zu vermessende Werkstück aufweisen.
Die erste Messstelle ist dabei bevorzugt ausgebildet, bei einem als Läufer eines Elektromotors ausgebildeten Werkstück die Lage der in Umfangsrichtung beabstandeten Nuten des Ankerblechstapels zu erfassen. Die zweite Messstelle ist in diesem Falle bevorzugt ausgebildet, bei einem als Läufer eines Elektromotors ausgebildeten Werkstück die Lage der in Umfangsrichtung beabstandeten Nuten des Kommutators zu erfassen.
Die Messvorrichtung weist bevorzugt weiterhin eine Steuerungsvorrichtung mit einem Speicherelement auf, wobei die Steuervorrichtung ausgebildet ist, im Speicherelement gespeicherte Daten für die Soll-Lage der Lager- und Messstellen abzurufen und die Motoren der Linear-Verschiebeeinrichtung so zu betätigen, dass sie die Lager- und Messstellen in ihre jeweilige Soll-Lage fahren. Das Speicherelement ist dabei bevorzugt ausgebildet, eine Anzahl von Datensätzen für die Soll-Lage der Lager- und Messstellen für unterschiedliche Werkstücke zu speichern.
Dies erlaubt es, dass bei einem konkreten Werkstück sehr schnell die präzisen axialen Positionen für die Lagerstellen einerseits und für die Messstellen andererseits angefahren und eingestellt werden können, was Voraussetzung für eine präzise Vermessung des Werkstücks ist.
Die Messstellen umfassen bevorzugt jeweils einen Sensor, der als induktiver Sensor oder als optischer Sensor ausgebildet ist; der Sensor kann auch einen Laser umfassen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die einzige Figur zeigt schematisch die Seitenansicht eines Werkstücks in Form eines Läufers eines Elektromotors, der auf einer Messvorrichtung angeordnet ist.
In der Figur ist eine Messvorrichtung 1 dargestellt, auf der ein Werkstück 2 bezüglich geometrischer Parameter vermessen werden soll. Das Werkstück 2 ist im Ausführungsbeispiel ein Läufer eines Elektromotors. Er umfasst eine Welle, auf der ein Ankerblechstapel 24 sowie ein Kommutator 26 axial nebeneinander liegend angeordnet sind. Die Welle hat eine Längsrichtung L. In bekannter Weise weist der Ankerblechstapel 24 eine Nutung auf; die Nuten 23 verlaufen dabei bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 schräg, d. h. unter einem Winkel zur Längsrichtung L. Demgemäß ist eine Anzahl Nuten 23 äquidistant über den Umfang des Ankerblechstapels 24 angeordnet. Die Nuten 23 unterteilen Bereiche des Ankerblechstapels 24, die mit Drahtwicklungen versehen sind. Die Drahtwicklungen sind mit dem Kommutator 26 elektrisch verbunden. Der Kommutator 26 weist entsprechende Segmente auf, die sich jeweils in Umfangsrichtung erstrecken und von Nuten 25 unterbrochen sind.
Diese an sich bekannte Ausgestaltung ist nur zu vermessen, wobei festgestellt werden muss, ob die Position der Nuten 23 im Ankerblechstapel 24 mit der Position der Nuten 25 im Kommutator 26 übereinstimmt. Festgestellt wird dies durch Sensoren, die an einer ersten Messstelle 7 und an einer zweiten Messstelle 11 angeordnet sind. Dabei ist der Sensor an der ersten Messstelle 7 im axialen Bereich des Ankerblechstapels 24 angeordnet; er erfasst bei der Drehung des Läufers 2 um die Drehachse die Position der Nuten 23. Entsprechend erfasst der Sensor an der zweiten Messstelle 11 die Lage der Nuten 25 im Kommutator 26. Durch Vergleich der Messwerte kann dann festgestellt werden, ob die relative Lage der Nuten 23 und 25 hinreichend genau ist und der Läufer 2 somit die benötigte Qualität aufweist.
Zur diesbezüglichen Messtechnologie wird ausdrücklich auf die DE 10 2013 009 599 A1 der Anmelderin Bezug genommen.
Damit die Messung präzise erfolgen kann, muss das Werkstück 2 an einer ersten Lagerstelle 3 und an einer zweiten Lagerstelle 5 lagegenau aufgenommen werden; ferner müssen die Sensoren an der ersten und zweiten Messstelle 7 und 11 genau positioniert werden. An der ersten Lagerstelle 3 unterstützt ein Aufnahmeprisma die Welle des Werkstücks 2 in einem ersten axialen Abschnitt 4, während an der zweiten Lagerstelle 5 ein Aufnahmeprisma die Welle des Werkstücks 2 in einem zweiten axialen Abschnitt 6 unterstützt.
Um dem Werkstück 2 eine definierte axiale Referenzlage zu geben, ist ein Endanschlag 22 vorgesehen, an dem die Welle des Werkstücks 2 bei der Messung anliegt.
Um die Einstellung der beiden Lagerstellen 3 und 5 sowie der beiden Messstellen 7 und 11 schnell und präzise vornehmen zu können, ist vorgesehen, dass die Lagerstellen 3 und 5 sowie die Messstellen 7 und 11 mit jeweiligen Linear-Verschiebeeinrichtung 8, 9, 10 und 12 in Verbindung stehen. Mit diesen können sie elektromotorisch betrieben an eine vorgegebene Position entlang der Längsrichtung L verfahren werden.
Vorteilhaft bewerkstelligt wird dies durch eine ortsfeste Gewindespindel 13. Die erste Lagerstelle 3, die zweite Lagerstelle 5, die erste Messstelle 7 sowie die zweite Messstelle 11 weisen jeweils eine Gewindemutter 14, 15, 16 bzw. 17 auf, die auf der Gewindespindel 13 platziert ist. Jede Gewindemutter 14, 15, 16, 17 ist mit einem jeweiligen Elektromotor 18, 19, 20 bzw. 21 drehverbunden, wobei die Elektromotoren als Schrittmotoren ausgeführt sind.
Wird demgemäß von einer (nicht dargestellten) zentralen Steuerung eine entsprechende Ansteuerung der Elektromotoren 18, 19, 20 und 21 vorgenommen, wird diesen also eine entsprechende Anzahl auszuführender Stellschritte vorgegeben, verfahren die Gewindemuttern 14, 15, 16, 17 auf der ortsfesten Gewindespindel 13 in ihre präzise Soll-Position.
Die entsprechenden Daten können aus einem Speicherelement abgerufen werden, mit dem die Steuerung verbunden ist.
Damit ist es möglich, sehr schnell für ein konkretes individuelles zu vermessendes Werkstück 2 sowohl die Lagerstellen als auch die Messstellen in die benötigte Position zu bringen. Der entsprechende Rüstaufwand zur Einstellung der Messvorrichtung 1 wird signifikant reduziert. Demgemäß kann die Messung und damit die Qualitätsprüfung in kostengünstiger Weise durchgeführt werden.
Bezugszeichenliste

1: Messvorrichtung
2: Werkstück
3: erste Lagerstelle
4: erster axialer Abschnitt
5: zweite Lagerstelle
6: zweiter axialer Abschnitt
7: erste Messstelle
8: Linear-Verschiebeeinrichtung
9: Linear-Verschiebeeinrichtung
10: Linear-Verschiebeeinrichtung
11: zweite Messstelle
12: Linear-Verschiebeeinrichtung
13: ortsfeste Gewindespindel
14: Gewindemutter
15: Gewindemutter
16: Gewindemutter
17: Gewindemutter
18: Elektromotor (Schrittmotor)
19: Elektromotor (Schrittmotor)
20: Elektromotor (Schrittmotor)
21: Elektromotor (Schrittmotor)
22: Endanschlag
23: Nut im Ankerblechstapel
24: Ankerblechstapel
25: Nut im Kommutator
26: Kommutator
L: Längsrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102013009599 A1 [0002, 0021]

Claims

Messvorrichtung (1) für die Vermessung mindestens eines Geometrieparameters eines rotationssymmetrischen Werkstücks (2) mit einer Längsrichtung (L), umfassend – eine erste Lagerstelle (3) zur Aufnahme eines ersten axialen Abschnitts (4) des Werkstücks (2), – eine zweite Lagerstelle (5) zur Aufnahme eines zweiten axialen Abschnitts (6) des Werkstücks (2) und – eine erste Messstelle (7) mit einem Messelement zur Erfassung des Geometrieparameters des Werkstücks (2), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Lagerstellen (3, 5) und die Messstelle (7) mit jeweiligen Linear-Verschiebeeinrichtung (8, 9, 10) in Verbindung stehen, mit denen sie elektromotorisch betrieben an eine vorgegebene Position entlang der Längsrichtung (L) verfahren werden können.
Messvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin eine zweite Messstelle (11) mit einem Messelement zur Erfassung eines Geometrieparameters des Werkstücks (2) aufweist, wobei die zweite Messstelle (11) mit einer Linear-Verschiebeeinrichtung (12) in Verbindung steht, mit der sie elektromotorisch betrieben an eine vorgegebene Position entlang der Längsrichtung (L) verfahren werden kann.
Messvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Linear-Verschiebeeinrichtungen (8, 9, 10, 12) eine gemeinsame ortsfest angeordnete Gewindespindel (13) umfassen.
Messvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Linear-Verschiebeeinrichtungen (8, 9, 10, 12) weiterhin jeweils eine die Gewindespindel (13) umfassende Gewindemutter (14, 15, 16, 17) aufweisen, die mit jeweils einem Elektromotor (18, 19, 20, 21) in Verbindung stehen.
Messvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromotoren (18, 19, 20, 21) Schrittmotoren sind.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen ortfesten Endanschlag (22) für das zu vermessende Werkstück (2) aufweist.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Messstelle (7) ausgebildet ist, bei einem als Läufer eines Elektromotors ausgebildeten Werkstück (2) die Lage der in Umfangsrichtung beabstandeten Nuten (23) des Ankerblechstapels (24) zu erfassen.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Messstelle (11) ausgebildet ist, bei einem als Läufer eines Elektromotors ausgebildeten Werkstück (2) die Lage der in Umfangsrichtung beabstandeten Nuten (25) des Kommutators (26) zu erfassen.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin eine Steuerungsvorrichtung mit einem Speicherelement aufweist, wobei die Steuervorrichtung ausgebildet ist, im Speicherelement gespeicherte Daten für die Soll-Lage der Lager- und Messstellen (3, 5, 7, 11) abzurufen und die Motoren der Linear-Verschiebeeinrichtung (8, 9, 10, 12) so zu betätigen, dass sie die Lager- und Messstellen (3, 5, 7, 11) in ihre jeweilige Soll-Lage fahren.
Messvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Speicherelement ausgebildet ist, eine Anzahl von Datensätzen für die Soll-Lage der Lager- und Messstellen (3, 5, 7, 11) für unterschiedliche Werkstücke (2) zu speichern.
Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Messstellen (7, 11) jeweils einen Sensor umfassen, der als induktiver Sensor oder als optischer Sensor ausgebildet ist.
Messvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein einen Laser umfassenden Sensor ist.