DE2513389C2 - Einrichtung für die berührungslose Überprüfung und Bestimmung der Abmessungen und Form von großen Werkstücken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für die berührungslose Überprüfung und Bestimmung der Abmessungen und Form von großen Werkstücken, insbesondere von Radkränzen, beispielsweise an Eisenbahnradsätzen in einem Radsatz-Meßstand, mit einem entsprechend der Anzahl der Bestimmungsgrößen mit berührungslosen Meßwertgebern derart bestückten Gehäuse oder "jestell, daß nach dessen Justierung gegenüber dem jeweiligen z·· prüfenden Objekt sämtliche Bestirnmungsgrößen gleichzeitig erfaßbar sind.

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 Fahrkilomeiern erforderlich. Um hierzu die Größe der Profiländerungen festzustellen, ist es beispielsweise üblich, eine Grobvormessung mittels a:¹ 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 realisiert,
ist. So kann z. B. ai'ch eine optisch angezeigte Form nicht automatisch in einen Satz von elektronischen Meßsignalen verwandelt werden.

Die des weiteren nach einer Überarbeitung des Rades bzw. Radkranzes vorzunehmende exakte Nachvermessung erfolgt bisher beispielsweise unter Verwendung von mechanischen Tast- oder Rollgebern. Hierbei ist zwar eine Automatisierung der Messung möglich. Solche Geber arbeiten aber nicht rückwirkungsfrei. Außerdem unterliegen die Tastspitzen bzw, Rollen der Geber bei häufigen Messungen einem relativ starken Verschleiß, so daß mit entsprechenden Meßungeriauigkeiten zu rechnen ist. Da im übrigen jeder Geber einzeln positioniert bzw. justiert werden muß, ist der präzisionsmechanische Aufwand beträchtlich. Diesem Problem ließe sich allerdings durch eirie Bestückung eines Gestells mit Gebern entsprechend der Anzahl der BestimmungsgröQen beikommen, beispielsweise nach Art der durch die DE-AS 16 23 271 bekannten Vorrichtung zum berührungslosen Messen von gekrümmten Werkstückflächen mittels mehrerer pneumatischer Meßtaster. Jedoch bedingt diese Vorrichtung wegen des relativ kleinen Taster-Meßbereichs eine relativ große Anzahl von Meßtastern je Meßfläche. Da im übrigen der einzelne Meßtaster nur den Abstand zur Meßfläche bestimmt, lassen sich bei der Vermessung ίο insbesondere von stark gekrümmten Flächen Mittelungsfehler nicht ausschließen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art eine Vermessung von gerundeten Flächenabschnitten am jeweiligen Objekt ohne Mittelungsfehler zu ermöglichen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß gerundeten Flächenabschnitten des Objekts optische Meßwertgeber, insbesondere Leucht- oder Laserdioden, zugeordnet sind und die Lage des Auftreffpunktes ihrer Strahlung am Objekt mittels eines optischen Abbilaungselememen nachgeschalieien linearen Sensor-Rasters ermittelbar ist.

Demnach ist die Erfindung nicht in der bloßen Verwendung von optischen Meßwertgebern zu sehen, was beispielsweise bereits durch die DE-AS 12 18 169 und DE-OS 17 73 783 bekannt ist. Hier geht es jedoch um eine gerichtete Reflexion von Strahlung an spiegelnden Flächen (Glas, blankes Metall), wogegen die erfindungsgemäße Einrichtung für die Vermessung von matten oder 5iark absorbierenden Flächen bevorzugt Verwendung finden kann, bei denen die bekannten Meßgeräte zwangsläufig versagen würden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung nachfolgend näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine Meßvornchtung an einem nur durch die Profilkontur angedeuteten Schienenrad.

F ι g. 2 das Schema einer Meßanordnung zur Ermitte lung der Lage eines Punktes aof einei runden Fläche.

Zur gleichzeitigen Ermittelung mehrerer Radkranzmaße bei einem Schienenrad 1 eines nicht weiter dargestellten Radsatzes, beispielsweise im Rahmen einer Überprüfung auf Einhaltung aller Toleranzgrenzen in einem Radsatz-Meßstand, sind gemäß F i g. 1 fünf berührungslose Meßwertgeber 2, 3, 4, 5 und 6 in einem gemeinsamen Gehäuse 7 angeordnet. Hierbei ist die dem Schienenrad 1 gegenüberstehende, 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 /weckmä-Big 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 Justiervor richtungen für das Gehäuse 7 kommen die bei bekannten Radsatz-Meßständen gebräuchlichen mechanischen Halterungen mit eingebautem sogenannten Inkrementaigeber in Betracht.

Als berührungslose Meßwertgeber können ζ. Β, induktive Abstandsgeber verwendet werden mit Ausnahme derjenigen zur Bestimmung des Spurkranzverschleißes im Bereich der SpUfkranzhohlkehle und 'Stirn sowie zur Bestimmung von Spurkranzradius und

-Höhenschlag gegenüber der Spurkranzkuppe. Denn bei der Bestimmung der betreffenden stark gerundeten Fläche würde die Verwendung von induktiven Abstandsgebern zu Mittelungsfehlern führen, d. h. aufgrund des induktiven Meßprinzips wäre eine Mittelung über eine Fläche von mehreren cm² unvermeidbar. Aus diesem Grunde sind als Meßwertgeber 4 und 5 optische Meßwertgeber vorgesehen, beispielsweise übliche Leucht- oder Laserdioden. Gemäß Fig.2 wird hierbei die Lage des Auftreffpunktes der Strahlung des an eine Puls-Elektronik ϊθ 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 Γ 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, weiche 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 AuswerteEIektronik 14 kann ein Mikro-Prozessor 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 geeignet. Die ermittelten Bestimmungsgrößen in Form von mit elektronischen 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Einrichtung für die berührungslose Überprüfung und Bestimmung der Abmessungen und Form von großen Werkstücken, insbesondere von Radkränzen, beispielsweise an Eisenbahnradsätzen in einem Radsatz-Meßstand, mit einem entsprechend der Anzahl der Bestimmungsgrößen mit berührungslosen Meßwertgebern derart bestückten Gehäuse oder Gestell, daß nach dessen Justierung gegenüber dem jeweiligen zu prüfenden Objekt sämtliche Bestimmungsgrößen gleichzeitig erfaßbar sind, d a durch gekennzeichnet, daß gerundeten Flächenabschnitten des Objekts (1) optische Meßwertgeber (4, 5), insbesondere Leucht- oder Laserdioden, zugeordnet sind und die Lage des Auftreffpunktes ihrer Strahlung am Objekt mittels eines optischen Abbildungselementen (12) nachgeschalteten linearen Sensor-Rasters (13) ermittelbar ist.