DE2210881B1 - Verzahnungsmessgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verzahnungsmeßgerät mit einer Zweiflanken-Wäkprüfmaschine und einem Meßwertaufnehmer für die Abtastung der Bewegung eines Meßschlittens, dessen Signal einem Steuergerät zugeführt ist, das Grenzwerteinstellpotentiometer aufweist und dessen Ausgangssignale auf eine Lampenanzeige, Sortierweiche od. dgl. einwirken.
Zahnräder werden vorwiegend nach dem Zweiflanken-Abwälzverfahren geprüft. Dabei werden zwei Zahnräder in Eingriff gebracht und auf beiden Flanken abgewälzt. Das eine Rad, meist der Prüfling, wird ortsfest aufgenommen, das andere Rad ist auf einem beweglichen Schlitten gelagert. Das andere Rad kann ein Gegenrad oder ein Lehrrad sein.

Bei bekannten Prüfmaschinen lassen sich die Wege des Meßschlittens auf einem Zeigerinstrument verfolgen. Auch die Diagrammaufzeichnung durch schreibende Feinzeiger ist bekannt. Aus einem solchen Sammelwälzfehlerdiagramm läßt sich der Wälzfehler, der den Sammelfehler aus Rundlauffehler und Wälzsprung darstellt, als größte Amplitude innerhalb des Teilkreisumfanges des Prüflings ablesen, ebenso kann der Wälzsprung, der sich aus Teilungsfehler, Zahndickenfehler und Profilfehler addiert, als größte Amplitude innerhalb einer Zahnteilung ermittelt werden. Bekannt ist es darüber hinaus, anstatt eine Analogwertaufzeichnung graphisch auszuwerten, eine automatische »Gut«- und »Ausschuß«-Sortierung, getrennt nach Gesamtwälzfehler und Wälzsprung, vorzunehmen. Dazu werden die Achsabstandsänderungen über einen Taster auf ein Steuergerät übertragen und dort in elektrische Signale umgewandelt. Nach einer Demodulation steht eine Gleichspannung zur Verfügung, wobei die Analogspannung so gefiltert wird, daß der Wälzsprung vom Sammelwälzfehler getrennt wird. Diese Ausfilterung bedarf eines erheblichen Aufwandes, die Filter arbeiten frequenzabhängig, so daß sie der Meßaufgabe jeweils speziell angepaßt werden müssen. Das bedeutet, daß die Filter stets ausgetauscht werden müssen, wenn sich Modul, Zähnezahl oder Drehzahl des Prüflings ändert, da die Zahnfrequenz (Zähne/Sekunde) prak-

tisch konstant bleiben muß. Man benötigt daher zahlreiche Ersatzteile und muß Umrüstzeiten in Kauf nehmen. Insbesondere läßt sich bei Mehrfachrverzahnungen, wie bei Schieberädern, Ritzeln u. dgl., die Filterfrage kaum lösen, da die unterschiedlischen Verzahnungen mit gleicher Drehzahl laufen, zumindest benötigt man eine entsprechende Anzahl von verschiedenen Geräten. Für eine gewisse Anpassung wäre es notwendig, für den Antrieb der Zahnräder einen in der Drehfrequenz regelbaren teuren Motor zu verwenden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verzahnungsmeßgerät zu schaffen, das universell eingesetzt werden kann, also keiner besonderen Anpassung bedarf und an keine Vorbedingungen geknüpft ist, so daß es für alle Abwälz-Prüfgeräte geeignet ist. Es soll in beliebigen Geschwindigkeitsbereichen einsetzbar sein und ein Abwälzen der Räder von Hand für die Einzelprüfung als auch ein Abwälzen bei höchsten, durch die Dynamik der Abwälz-Prüfgeräte begrenzten Geschwindigkeiten zur Verkürzung der Prüfzeit und Rationalisierung in der Serienfertigung erlauben. Der Modul, die Zähnezahl und die Drehzahl des Prüflings dürfen keinen Einfluß haben, Mehrfachverzahnungen sollen durch gleiche Geräte nebeneinander geprüft werden können. Darüber hinaus sollen neben den Verzahnungsfehlern nach DIN 3960 ff. wegen des Achsabstandes im Einbauzustand auch noch die Toleranzen des Teilkreises der Prüflinge erfaßt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß neben dem Meßwertaufnehmer für die Abtastung der Schlittenbewegung ein zweiter, berührungslos arbeitender Meßwertaufnehmer für die Abtastung der Zahnfolge angeordnet ist und das Steuergerät zwei Analogwertspeicher und mindestens einen Meßwertverstärker aufweist, die über Komparatoren mit Digitalwertspeichern verbunden sind, deren Ausgänge zu einer Dekodierschaltung geführt sind, die mit einer weiteren Dekodierschaltung zur Sortierweichenbeeinflussung od. dgl. mit einer Lampenanzeige verknüpft ist, und der Meßwertaufnehmer für die Abtastung der Schlittenbewegung mit den Setzeingängen der Analogwertspeicher und dem Eingang des Meßwertverstärkers und der Meßwertaufnehmer für die Abtastung der Zahnfolge mit dem Löscheingang des einen Analogwertspeichers verbunden sind.

Auf diese Weise bleibt die Zahnfrequenz des Prüflings ohne Einfluß, das Gerät ist für den Einsatz an allen Zweiflanken-Wälzprüfmaschinen ohne Rücksieht auf Drehzahlen u. dgl. einsetzbar, Modul, Zähnezahl und Antriebsdrehzahl des Prüflings können beliebig sein, Mehrfachverzahnungen können mit mehreren identischen Geräten gleichzeitig geprüft werden. Die Antriebsdrehzahl kann während der Prüfung verändert werden, ohne daß Fehlmessungen zu befürchten sind, es kann mit höchsten Geschwindigkeiten zur Verminderung der Prüfzeit gearbeitet werden. Beide Meßwertaufnehmer sind vorzugsweise als berührungslose induktive Meßtaster ausgebildet, so daß sich keine Beeinflussungen durch progressive Federkräfte und Änderungen in den Anpreßdriicken ergeben und ein praktisch verschleißfreies Arbeiten möglich ist. Die Zahnradprüfung kann voll automatisiert werden. Über besondere Signalausgänge können zusätzlich handelsübliche Schreiber angeschlossen werden. Durch die Anordnung einer Lade- und Entladevorrichtung kann die Prüfung mit geringstem Zeitaufwand unter Einsparung erheblicher Lohnkosten durchgeführt werden: Sortierweichen werden in Abhängigkeit vom Meßergebnis durch Beaufschlagung von Stellgliedern über die Steuerung betätigt. Durch die Ausbildung der Meßwertaufnehmer als berührungslose induktive Meßtaster und durch den Aufbau des Gerätes kann in besonders vorteilhafter Weise die Speisespannung für die Aufnehmer aus dem gleichen Spannungsspeisegrät des Steuergerätes bezogen werden, das auch die OP-Verstärker, Speicher u. dgl. speist.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind dem Analogwertspeicher, an dessen Setzeingang das Signal des einen Meßwertaufnehmers für die Abtastung der Schlittenbewegung und an dessen Löscheingang das Signal des anderen Meßwertaufnehmers für die Abtastung der Zahnfolge geführt ist, zwei Komparatoren und zwei Digitalwertspeicher nachgeschaltet, die über die Dekodierschaltung den Wälzsprung und einen etwaigen Beschädigungsfehler anzeigen. Dadurch können zusätzlich in einfacher Weise insbesondere Beschädigungen der Zahnflanken signalisiert werden, und es können Stellglieder und eine Bezeichnungseinrichtung vorgesehen sein, die über das Signal zur Anzeige des Fehlers den beschädigten Zahn markieren, so daß nachträglich leicht eine etwaige Nachbearbeitung möglich ist. Die Anzeige von Fehlern im Durchmesser des Teilkreises läßt sich in besonders vorteilhafter Weise dadurch erreichen, daß dem Meßwertverstärker zwei Komparatoren und zwei Digitalspeicher nachgeschaltet sind, die über die Dekodierschaltung arbeiten.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das Gerät ohne irgendwelche Umbauten und Änderungen als vollwertiges Meßgerät zur Rundlaufmessung (Schlag, Rundheit, Exzentrizität) und zur Längenmessung geeignet ist. So können bei Verwendung des einen Meßwertaufnehmers Durchmesser von Wellen und Bohrungen, ebenso Abstände, Tiefen und Dicken gemessen werden, und es kann die Rundheit oder Konzentrizität unabhängig vom Wellendurchmesser bestimmt werden. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ein zweiter Meßwertverstärker vorgesehen, dessen Eingang das Signal des Meßwertaufnehmers für die Abtastung der Zahnfolge zuführbar ist. Auf diese Weise kann auch bequem bei der Längenmessung zur Summenoder Differenzmessung gegriffen werden, so daß Dikkenmessungen, unabhängig von der Werkstücklage und der Werkstückform, Durchmesser- und Formmessungen von Wellen, unabhängig von der Konzentrizität, Parallelitätsprüfungen von gegenüberliegenden Flächen, Dickenmessungen, unabhängig vom Planlauffehler und von der axialen Lage, Messungen der Konzentrizität zwischen zwei Wellendurchmessern, Kegelprüfungen, unabhängig vom Durchmesser, Winkelprüfungen und Messungen von Spiel oder Übermaß zwischen Welle und Bohrung, unabhängig von dem Werkstück-Absolutmaß, durchgeführt werden können.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Ausgänge der Analogwertspeicher und der Verstärker über einen Schalter mit einem Anzeigeinstrument verbindbar, so daß die Signale auch wertmäßig erfaßt werden können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung in einem Blockschaltbild dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Eine Zweiflanken-Wälzprüfmaschine 1 hat einen ortsfesten Aufnahmeteil 2 und einen dem gegenüber beweglich angeordneten Meßschlitten 3. Während z. B. im Aufnahmeteil 2 ein Prüfling 4 gelagert ist, befindet sich im Meßschlitten 3 ein Lehrrad oder ein Gegenrad 5, das sich auf dem Prüfling 4 abwälzt. Entsprechend den vorhandenen Fehlern wird sich der Meßschlitten 3, der unter dem Einfluß einer Feder 6 steht, hin und her bewegen. Diese Bewegung wird durch einen Meßwertaufnehmer 7 aufgenommen, der als berührungsloser, induktiver Meßtaster ausgebildet ist. Er ist so angeordnet, daß sich der Abstand zwischen ihm und dem Meßschlitten 3 während der Abhebebewegung (z. B. während des Aufbringens oder Abnehmens des Prüflings 4) vergrößert. Der Meßwertaufnehmer 7 wandelt die Wegänderung des Meßschlittens 3 während des Abwälzvorganges in eine Signalspannung um, die über eine Buchse 8 in ein Steuergerät 9 eingeführt wird.

Neben dem ersten Meßwertaufnehmer 7 für die Schlittenbewegung ist ein zweiter berührungsloser, insbesondere induktiver Meßwertaufnehmer 10 vorgesehen, der den Umfang des Prüflings 4 bzw. die Zahnfolge oder Zahnfrequenz abtastet. Seine Signalspannung wird über eine Buchse 11 in das Steuergerät 9 eingegeben.

Die Signaleingabe, die Verarbeitung und die Ausgabe erfolgt weitestgehend berührungs- und kontaktlos, lediglich Umschalter 12 bis 15 eines Anzeigeschalters 53 und gewisse Löschkontakte können als Kontakttaster ausgeführt sein.

Das Steuergerät 9 enthält im wesentlichen einen Monoflop 16, zwei Analogwertspeicher 17, 18, zwei Meßwertverstärker 19, 20, ein Anzeigeinstrument 21, fünf Komparatoren 22 bis 26, sechs Digitalwertspeicher 27 bis 32, eine Dekodierschaltung 33 und eine Lampenanzeige 34. Eine weitere Dekodierschaltung 54 ist an die Dekodierschaltung 33 anschließbar, sie hat drei Signalausgänge 35 bis 37 für »Gut«, »Ausschuß« und »Nacharbeit«. Die Lampenanzeige 34 hat als zentrale »Gut«-Anzeige eine grüne Lampe 28, eine rote Lampe 39 für den Sammelwälzfehler, eine rote Lampe 40 für den Wälzsprung, eine gelbe Lampe 41 für Anzeige von beschädigten Zähnen, wobei eine Nachbearbeitung möglich ist, eine gelbe Lampe 42 zur Anzeige für einen zu großen Teilkreis und eine rote Lampe 43 für die Anzeige eines zu kleinen Teilkreises.

Die Signalspannung an der Buchse 8 vom Meßwertauf nehmer 7 wird den Setzeingängen 44, 45 der Analogwertspeicher 17, 18 und dem Eingang 46 des Meßwertverstärkers 19 zugeführt. Die Buchse 11 ist über den Monoflop 16, dem Dioden 55, 56 nachgeschaltet sind, mit dem Löscheingang 47 des Analogwertspeichers 18 verbunden. An ihr liegt während des Abwälzvorganges eine Signalspannung an, deren Frequenz der Zahnteilung in bezug auf die Umfangsgeschwindigkeit entspricht. Durch den Monoflop 16 werden die Signale so umgeformt, daß sie letztlich als Löschsignal am Analogwertspeicher 18 zur Verfügung stehen. Dieser Löschvorgang am Speicher 18 bewirkt, daß die Wegänderung des Meßschlittens 3 von Zahn zu Zahn eingespeichert wird, während an dem Speicher 17 die Wegänderung des Meßschlittens 3 über den ganzen Teilkreisumfang des Prüflings 4 eingespeichert wird. Man erhält also am Ausgang 48 eine Signalspannung, deren Wert dem Sammelwälzfehler entspricht, während die Signalspannung am Ausgang 49 des Analogwertspeichers 18 dem Wälzsprung, als;o der größten Amplitude der Wegänderung innerhalb einer Zahnteilung entspricht. Am Ausgang 51 des Meßwertverstärkers 19 liegt ein Signal an, das ein Maß für die Abweichung im Teilkreisdurchmesser des Prüflings 4 darstellt.

Über die Komparatoren 22 bis 26 lassen sich frei wählbar Grenzwerte einstellen. Werden diese überschritten, so erhält man über die Digitalwertspeicher

ίο 27 bis 32 und die Dekodierschaltung 33 an der jeweiligen Stelle ein Ausgangssignal, das über die Lampenanzeige 34 angezeigt bzw. die Dekodierschaltung 54 weiterverarbeitet wird.
Werden die Grenzwerte in keinem Falle überschritten, so leuchtet die grüne Lampe 38 auf, bzw. am Signalausgang 35 liegt Spannung (Gut-Anzeige). Mit dem Ausgang 49 des mit dem Signal des Meßwertaufnehmers 10 gespeisten Analogwertspeichers 18 ist neben dem Komparator 23 ein zweiter Komparator 24 mit einer anderen Grenzwerteinstellung verbunden. Wird dieser Wert überschritten, so ist das ein Zeichen dafür, daß die Zahnflanke durch äußere Einflüsse beschädigt ist oder einen Grat aufweist und gegebenenfalls nachgearbeitet werden muß. Das Signal wird über den Digitalwertspeicher 30 und die Dekodierschaltung 33 auf die Lampe 41 bzw. auf nicht näher dargestellte Stellglieder gegeben, die veranlassen, daß über eine Bezeichnungseinrichtung der beschädigte Zahn markiert wird. Wenn bei dem Meßvorgang die Lampe 41 aufleuchtet, wird nach einer Nacharbeit das Zahnrad neu geprüft.

Soll der tatsächliche Meßwert abgelesen werden, so werden über den Anzeigeschalter 53 bzw. die Umschalter 12 bis 15 wahlweise die Ausgänge 48, 49 der Analogwertspeicher 17,18 bzw. die Ausgänge 51, 52 der Meßwertverstärker 19, 20 auf das Anzeigeinstrument gegeben.

Auf diese Weise lassen sich nicht nur die üblichen Wälzfehler gemäß DIN bestimmen, sondern es kann eine vollständige »Zahnrad-Diagnose« abgegeben werden, die eine Teilkreisdurchmesserkontrolle und eine Überprüfung auf Zahnbeschädigungen mit umfaßt.
Es ist schon darauf hingewiesen worden, daß sich das Gerät neben der Zahnradmessung bzw. Prüfung auch für die üblichen Rundlauf- bzw. Längenmessungen eignet.

Zur Rundlaufmessung wird insbesondere der Meßwertaufnehmer 7 benützt. Die Signale beim mindestens einmaligen Umdrehen des Prüflings werden über den Analogwertspeicher 17, den Komparator 22, die Digitalwertspeicher 27 und 28 und die Dekodierschaltung 33 verarbeitet und je nach der Grenzwerteinstellung über den Komparator 22 der Lampe 38 oder der Lampe 39 bzw. dem Signalausgang 35 oder 36 für »Gut« oder »Ausschuß« zugeführt.

Bei der Längenmessung wird für die Einzelmessung zweckmäßig ebenfalls der Meßwertaufnehmer 7 verwendet, dessen Signal über den Meßwertverstärker 19, die Komparatoren 25 bzw. 26, die Digitalwertspeicher 31 bzw. 32 und die Dekodierschaltung 33 gegebenenfalls auf die Lampen 42, 43 bzw. die Signalausgänge 35, 36 gegeben wird. Durch die Anordnung des zweiten Meßwertverstärkers 20 kann aber ebensogut nach der Summen- oder Differenzmessungsmethode gearbeitet werden. Der Ausgang 52 wird in diesem Falle in nicht näher dargestellter Weise über die entsprechenden Komparatoren und

Digitalwertspeicher mit der Dekodierschaltung 33 und sein Eingang 59 über die Buchse 50 mit dem zweiten Meßwertaufnehmer 10 verbunden. Mit einem nicht näher gezeigten Meßartschalter kann vorgewählt werden, ob eine Einzelmessung oder eine Summenmessung durchgeführt werden soll, ein Meßbereichsschalter ist zuständig für die Einschaltung des günstigsten Verstärkungsbereiches.

Vor jeder Messung wird eine Löschtaste 57 gedrückt, die die Speicher 17, 18 bzw. 27 bis 32 auf

Null setzt. Über die Diode 56 kann das Löschsignal zwar zum Loscheingang 58 des Analogwertspeichers 18, aber wegen der Diode 55 nicht zum Monoflop 16 bzw. zum Meßwertaufnehmer 10 gelangen.

Am Gerät sind zweckmäßig Buchsen angeordnet, über die direkt das Sammelwälzfehlersignal, das Wälzsprungfehlersignal, das Beschädigungsfehlersignal und die Meßwertverstärkersignale zur Weiterverarbeitung durch Schreiber, Oszillographen, Klassiergeräte u. dgl. abgenommen werden können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (11)

Patentansprüche:

1. Verzahnungsmeßgerät mit einer Zweiflanken-Wälzprüfmaschine und einem Meßwertaufnehmer für die Abtastung der Bewegung eines Meßschlittens, dessen Signal einem Steuergerät zugeführt ist, das Grenzwerteinstellpotentiometer aufweist und dessen Ausgangssignale auf eine Lampenanzeige, Sortierweiche od. dgl. einwirken, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem Meßwertaufnehmer (7) für die Abtastung der Schlittenbewegung ein zweiter, berührungslos arbeitender Meßwertaufnehmer (10) für die Abtastung der Zahnfolge angeordnet ist und das Steuergerät (9) zwei Analogwertspeicher (17, 18) und mindestens einen Meßwertverstärker (19, 20) aufweist, die über Komparatoren (22 bis 26) mit Digitalwertspeichern (27 bis 32) verbunden sind, deren Ausgänge zu einer Dekodierschaltung (33) geführt sind, die mit einer weiteren Dekodierschaltung (54) zur Sortierweichenbeeinflussung od. dgl. bzw. mit einer Lampenanzeige (34) verknüpft ist, und der Meßwertaufnehmer (7) für die Abtastung der Schlittenbewegung mit den Setzeingängen (44, 45) der Analogwertspeicher (17, 18) und dem Eingang (46) des Meßwertverstärkers (19) und der Meßwertaufnehmer (10) für die Abtastung der Zahnfolge mit dem Löscheingang (47) des einen Analogwertspeichers (18) verbunden sind.

2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertaufnehmer (7) für die Abtastung der Schlittenbewegung als berührungsloser Meßwertaufnehmer ausgebildet ist.

3. Meßgerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertaufnehmer (7, 10) aus induktiven Meßtastern bestehen, die ihre Speisespannung aus dem Gleichspannungsspeisegerät des Steuergerätes beziehen.

4. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Analogwertspeicher (18), an dessen Setzeingang (45) das Signal des einen Meßwertaufnehmers (7) für die Abtastung der Schlittenbewegung und an dessen Löscheingang (58) das Signal des anderen Meßwertaufnehmers (10) für die Abtastung der Zahnfolge geführt ist, zwei Komparatoren (23, 24) und zwei Digitalwertspeicher (29, 30) nachgeschaltet sind, die über die Dekodierschaltung (33) den Wälzsprung und einen etwaigen Beschädigungsfehler anzeigen.

5. Meßgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Stellglieder und eine Bezeichnungseinrichtung vorgesehen sind, die über das Signal zur Anzeige des Beschädigungsfehlers den beschädigten Zahn markieren.

6. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgang des Meßwertaufnehmers (10) für die Abtastung der Zahnfolge und den Löscheingang (58) des einen Analogwertspeichers (18) ein Monoflop (16) geschaltet ist.

7. Meßgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß den Löscheingängen der Analogwertspeicher (17, 18) und der Digitalwertspeicher (27 bis 32) über einen Schalter (57) Löschsignale zuführbar sind, die vom Monoflop (16) durch eine Diode (55) abgehalten sind.

8. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge (48, 49) der Analogwertspeicher (17, 18) und der Meßwertverstärker (19, 20) über einen Anzeigeschalter (53) mit einem Anzeigeinstrument (21) verbindbar sind.

9. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Analogwertspeicher (17, 18) als. Spitze-Spitze-Speicher ausgebildet sind.

10. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Meßwertverstärker (19) zwei Komparatoren (25, 26) und zwei Digitalwertspeicher (31, 32) nachgeschaltet sind, die über die Dekodierschaltung (33) einen zu großen bzw. einen zu kleinen Teilkreisdurchmesser des Prüflings (4) anzeigen.

11. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Meßwertverstärker (20) vorgesehen ist, dessen Eingang das Signal des zweiten Meßwertaufnehmers (10 bzw. 7) zugeführt wird.