DE2513389A1 - Einrichtung fuer eine beruehrungslose ueberpruefung und bestimmung der abmessungen und form von grossen werkstuecken - Google Patents

Description

• Einrichtung für eine berührungslose Überprüfung und Bestimmung der Abmessungen und Form von großen Werkstücken Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für eine berührungslose Überprüfung und Bestimmung der Abmessungen und Form von großen Werkstücken, insbesondere von Radkränzen beispielsweise an Eisenbahnradsätzen in einem Radsatz-Meßstand.
• Die bei Radsätzen von Schienenfahrzeugen an den Laufflächen und Spurkränzen der Räder auftretenden Abnutzungserscheinungen machen in aller Regel, je nach mittlerer Fahrgeschwindigkeit, eine Überarbeitung der Räder bzw.
• Radkränze nach 100 000 bis 300 000 Fahrtkilometern erforderlich. Um hierzu die Größe der Profil änderungen festzustellen, ist es beispielsweise üblich, eine Grobvormessung mittels an das Rad angesetzter Paßschablonen durchzuführen. Oder es erfolgt eine berührungslose Vorvermessung in einem optischen Radsatz-Meßstand, wobei das Schattenbild des Rades einer seine Sollprofilkontur aufweisenden Schablone gegenübergestellt wird. Diese beiden Verfahren haben den Nachteil, daß eine automatische maschinelle Erfassung von Meßwerten nicht oder nur mit erheblichem meßtechnischen Aufwand realisierbar ist. So kann z. B. auch eine optisch angezeigte Form nicht automatisch in einen Satz von elektronischen Meßsignalen !erwandelt werden.
• Die des weiteren nach einer Überarbeitung des Rades bzw.
• Randkranzes vorzunehmende exakte Nachvermessung erfolgt bisher beispielsweise unter Verwendung von mechanischen Tast- oder Rollgebern. Hierbei ist zwar eine Automatisierung der Messung möglich. Solche Geber arbeiten jedoch nicht rückwirkungsfrei. Außerdem muß jeder Geber einzeln positioniert bzw. justiert werden, was natürlich einen beträchtlichen präzisionsmechanischen Aufwand bedingt.
• Schließlich unterliegen die Tastspitzen bzw. Rollen der Geber bei häufigen Messungen einem relativ starken Verschleiß, so daß mit entsprechenden Meßungenauigkeiten zu rechnen ist.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Einrichtung der eingangs genannten Art aufzuzeigen, wie die im Rahmen einer Überarbeitung am jeweiligen Objekt zu erfassenden Bestimmungsgrößen mit hoher Genauigkeit schneller und weniger schwierig als bisher ermittelbar sind.
• Hierbei soll die Vermessung des ruhenden oder auch bewegten Objekts ohne weiteres eine automatisierte Erfassung der Bestimmungsgrößen im wesentlichen mit Ublichen elektronischen Datenverarbeitungsmitteln ermöglichen.
• Diese Aufgabe ist gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst. Demnach ist die Erfindung nicht lediglich in der Verwendung von berührungslosen Meßwertgebern, also mit elektronischen Mitteln verarbeitbare Signale liefernden Gebern, zur Vermessung von Objekten im Rahmen ihrer Überarbeitung zu sehen, sondern vornehmlich in der Verwendung einer mit einer definierten Anzahl solcher Meßwertgeber in definierter Weise bestückten justierbaren Vorrichtung mit dem Ziel, für eine Mehrzahl von zu ermittelnden Bestimmungsgrößen lediglich die Vorrichtung gegenüber dem betreffenden Objekt einmal genau positionieren zu müssen. Hierbei können die Meßwertgeber beispielsweise an oder in einer Gehäusewandung angeordnet sein, welche im Querschnitt nach Art einer Schablone mit Übermaß wenigstens annähernd eine Gegenkontur zur Profilkontur des Objekts darstellt.
• Als Meßwertgeber kommen nahezu alle üblichen induktiven oder auch kapazitiven Abstandsgeber in Betracht, vorzugsweise induktive Geber gemäß der älteren Anmeldung P 24 11 139.5-52 (int. Az.: 7670). Denn bei dem betreffenden Geber ist ein gut auswertbarer, im wesentlichen linearer funktionaler Zusammenhang zwischen der Induktivität seiner Spule und der zu erfassenden Abstandsgrdße gegeben.
• Um aber bei der Vermessung insbesondere von stark gerundeten Flächenabschnitten des Objekts Mittelungsfehler auszuschließen, wird man solchen Flächenabschnitten optische Meßwertgeber zuordnen, insbesondere Leucht- oder Laserdioden, und die Lage des Auftreffpunktes ihrer Strahlung am Objekt mittels eines optischen Abbildungselementen nachgeschalteten linearen Sensor-Rasters ermitteln.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und in den Unteransprüchen gekennzeichneter Weiterbildungen wird anhand der Zeichnung nachfolgend näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 eine Meßvorrichtung an einem nur durch die Profilkontur angedeuteten Schienenradfi Fig. 2 das Schema einer Meßanordnung zur Ermittelung der Lage eines Punktes auf einer runden Fläche.
• Zur gleichzeitigen Erittelungmirerer Radkranzmaße bei einem Schienenrad 1 eines nicht weiter dargestellten Radsatzes, beispielsweise im Rahmen einer Überprüfung auf Einhaltung aller Toleranzgrenzen in einem Radsatz-Menstand, sind gemäfl Fig. 1 fünf berührungslose Meßwertgeber 2, 3, 4, 5 und 6 in einem gemeinsamen Gehäuse 7 angeordnet. Hierbei ist die dem Schienenrad 1 gegenUberstehende, die Meßwertgeber 2 bis 6 aufnehmende Gehäusewandung 8 der Profilkontur des Schienenrades bzw. seines Radkranzes derart angepaßt, daß sich das Gehäuse 7 unter Einhaltung eines definierten Abstandes des jeweiligen Meßwertgebers gegenüber dem Schienenrad darauf aufschieben läßt. Dieser Vorgang geschieht zweckmäßig nach der Justierung des Gehäuses 7 in Bezug auf die ideale Achsmitte. Anschließend wird das Gehäuse 7 gegen das Schienenrad 1 bzw. seinen Radkranz bewegt, bis beispielsweise der Meßwertgeber 3 einen definierten Sollabstand zur Radlauffläche 9 anzeigt. Als Justiervorrichtungen für das Gehäuse 7 kommen die bei bekannten Radsatz-Meßständen gebräuchlichen mechanischen Halterungen mit eingebautem sogenannten Inkrementalgeber in Betracht.
• Als Meßwertgeber 2, 3 und 6 können übliche induktive Abstandsgeber verwendet werden. Hiervon liefert der der Innenseite des Schienenrades 1 gegenüberstehende Meßwertgeber 2 Bestimmungsgrößen für den Seitenschlag und die Radbreite, während mittels des an der Außenselte des Schienenrades befindlichen Meßwertgebers 6 Bestimmungsgrößen für den Seitenschlag und das Ar-Maß erhalten werden. Der Meßwertgeber 3 liefert entsprechend seiner Anordnung Bestimmungsgrößen für den Höhenschlag und Verschleiß der Lauffläche 9 sowie, zusammen mit einem entsprechenden Meßwertgeber einer gleichartigen Meßvorrichtung für das zweite Schienenrad des Radsatzes, Bestimmungsgrößen für die Durchmesserdifferenz.
• Dagegen sind der zur Bestimmung des Spurkranzverschleißes im Bereich der Spurkranzhohlkehle und -stirn angeordnete Meßwertgeber 4 sowie der zur Bestimmung von Spurkranzradius und -Höhenschlag gegenüber der Spurkranzkuppe angeordnete Meßwertgeber 5 keine induktiven Abstandsgeber. Denn bei Verwendung von induktiven Abstandsgebern wird es bei der Bestimmung der betreffenden stark gerundeten Fläche zu Mittelungsfehlern kommen, d. h. aufgrund des induktiven Meßprinzips ist eine Mittelung über eine Fläche von mehreren cm2 nicht zu vermeiden. Aus diesem Grunde sind als Meßwertgeber 4 und 5 optische Meßwertgeber- vorgesehen, beispielsweise übliche Leucht- oder Laserdioden (z. B. LD22 der US-Firma Laser-DIODE-LABORATORIES>. Gemäß Fig. 2 wird hierbei die Lage des Auftreffpunktes der Strahlung des an eine Puls-Elektronik 10 (z. B. LP23 der vorgenannten US-Firma) angeschlossenen Meßwertgebers 5 (oder 4) ermittelt, dessen Strahlung beispielsweise durch eine oder mehrere Linsen 11 zu einem Strahlenbündel mit einem Durchmesser von etwa 0,5 - 1 mm geformt wird. Diese Strahlung wird am jeweiligen Meßpunkt des Meßobjektes 1' diffus in alle Richtungen gestreut und mittels eines Objektivs 12 auf einem üblichen linearen Sensor-Raster 13 abgebildet. Hier sprechen je nach Lage der streuenden Fläche bestimmte Sensorelemente an, welche nur nacheinander mittels einer Auswerte-Elektronik 14 abzufragen sind, um eine genaue Information über die Lage der streuenden Fläche zu erhalten. Als Sensor-Raster kommt z. B. das sogenannte CCD-Raster (vgl.
• Electronics International, Jan. 18, 1973, S. 164) in Betracht. Die Auswerte-Elektronik 14 kann ein Mikro-Prozesser, etwa ein PDP11-Prozeßrechner der US-Firma Tek sein.
• Die vorbeschriebene Meßvorrichtung kann selbstverständlich sowohl an ruhenden als auch an rotierenden Schienenrädern angesetzt werden und ist im Rahmen eines automatisierten Meßverfahrens für die Vor- und Nachvermessung gleichermaßen gut geeigent. Die ermittelten Bestimmungsgrößen in Form von mit elektronisehen Mitteln direkt verarbeitbaren Signalen können in Datenverarbeitungsanlagen eingegeben werden, beispielsweise in einen Prozeßrechner der vorgenannten Art, an den die Meßwertgeber in üblicher Weise über Anpaßverstärker angeschlossen sein können. In diesem Zusammenhang sei noch bemerkt, daß die den Meßwertgebern 2 bis 6 unmittelbar zugeordneten meßtechnischen Mittel, wie die vorgenannten Anpaßverstärker, die Puls-Elektronik 10, das Sensor-Raster 13 sowie die optischen Mittel 11, 12, selbstverständlich im Gehäuse 7 angeordnet sein können.
• - Patentansprüche -

Claims (3)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e 9 Einrichtung für eine berührungslose Überprüfung und Bestimmung der Abmessungen und Form von großen Werkstücken, insbesondere von Radkränzen beispielsweise an Eisenbahnradsätzen in einem Radsatz-Meßstand, g e k e n n z e i c hn e t durch ein entsprechend der Anzahl der Bestimmungsgrößen mit berührungslosen Meßwertgebern (2 bis 6) derart bestücktes Gehäuse (7) oder Gestell , daß nach dessen Justierung gegenüber dem jeweiligen zu prüfenden Objekt (Schienenrad 1) sämtliche Bestimmungsgrößen gleichzeitig erfaßbar sind.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Meßwertgeber (2 bis 6) an oder in einer Gehäusewandung (8) angeordnet sind, welche im Querschnitt nach Art eier Schablone mit Übermaß wenigstens annähernd eine Gegenkontur zur Profilkontur des Objekts (Schienenrad 1) darstellt.
3. 3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß gerundeten Flächenabschnitten des Objekts (Schienenrad 1) optische Meßwertgeber (4, 5), insbesondere Leucht- oder Laserdioden, zugeordnet sind, wobei die Lage des Auftreffpunktes ihrer Strahlung am Objekt mittels eines optischen Abbildungselementen (Objektiv 12) nachgeschalteten linearen Sensor-Rasters (13) ermittelbar ist.