DE2613224A1

DE2613224A1 - Einrichtungen zur beruehrungslosen pruefung der geometrischen gewindebestimmungsgroessen an aussengewinden mittels beugungsoptischer methoden

Info

Publication number: DE2613224A1
Application number: DE19762613224
Authority: DE
Inventors: Horst Dr Ing Kunzmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-03-27
Filing date: 1976-03-27
Publication date: 1977-10-06

Description

Einrichtungen zur b2rUL.1rul.esen Drüfung der geometrischen Gewinde
bestimnungsgrößen an Außengewinden mittels teugungsopti scher Methoden Die Erfindung betrifft Einrichtungen zur berUhrungslosen Prüfung der geometrischen Gewindebestimmungsgrößen an Außengewinden mittels beugungsoptischer Methoden.
Zweck der Erfindung ist es daher, eine Meßeinrichtung zu schaffen, mit der die Bestimmungsgrbßen: Außendurchmesser (Nenndurchmesser) d Fl ankendurchmesser d2 Kerndurchmesser d3 Steigung P Flankenwinkel Ii und die Teilflankenwinkel 1 und einzeln oder insgesamt in einer einzigen Anordnung berührungslos geprüft werden können.
Der Stand der Technik des berührungslosen Messens an Gewinden ist dadurch gekennzeichnet, daß ausnahmslos abbildende optische Systeme aufgebaut werden. Dabei wird das Gewindeprofil entweder in Meßmikroskopen in einer Ebene abgebildet, in der durch optisches Anlegen von Bezugslinien einzelne Gewindebestimmunsgrößen durch visuelle Betrachtung gemessen werden, oder sowohl in MeDmikroskopen als auch Profilprojektoren das Gewindeprofil in einer Abbildungsebene mit einem erstellten Sollprofil insgesamt verglichen wird.
(P. Leinweber: Taschenbuch der Längenmeßtechnik, Springer-Verlag, Berlin, Göttingen, Heidelberg 1954, S. 499 ff; M. Kochsiek: Diss.
T.U. Hannover 1972; M. Kochsiek und J. Lerch: Zur Ermittlung von Bestimmungsgrößen an Gewinden, PTB-Bericht PTB-Me-4, Februar 1974).
Bei dieser Meßtechnik sind keine Anordnungen zur Automatisierung der Messungen bekannt geworden. Darüber hinaus nehmen diese Messungen viel Zeit in Anspruch und erfordern dabei hochwertige optische Abbildungssysteme. Daneben werden in der Gewindemeßtechnik ebenfalls mechanisch antastende Meßanordnungen benutzt, mit denen es jedoch nicht möglich ist, alle Gewindebestimmungsgrößen in einer Anordnung zu messen. Auch bei Anwendung dieser Technik sind Messungen zeitaufwendig und nur schwer automatisierbar. Die zu lösende Aufgabe besteht somit einerseits darin, eine Anordnung aufzubauen, mit der Gewindebestimmungsgrößen einzeln, unabhängig voneinander und gleichzeitig berührungslos geprüft werden können.
Andererseits ist es häufig wünschenswert, durch eine Summenprüfung schnell zu der Entscheidung zu kommen, ob ein gefertigtes Gewinde insgesamt die vorgegebenen Toleranzen einhält oder nicht. Beide Möglichkeiten sollen wahlweise durch kurzes Umrüsten der gleichen Meßapparatur möglich sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das bekannte physikalische Phänomen der Beugung elektromagnetischer Strahlung für die berührungslose Messung an Gewinden angewendet wird, mit dem man aus der Beugungsfigur (Fraunhofersche Beugung) in der Brennebene einer geeigneten Linse die Information über die Abmessungen der Gewindebestimmungsgrößen ableiten kann. ( Anonym: Ein elektrooptisches Meßgerät für dünne Fäden (filagage), Laser 5 (1973), Heft 2, S. 36; M. Koedam: Bestimmung kleiner Abmessungen durch Beugung von Laserlicht, Philips Technische Rundschau 27 (1966), S. 182 ff).
Der meßtechnische Aufbau soll an Hand von Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 3 beschrieben werden.
Eine monochromatische Lichtquelle 1 hoher Strahlungsleistung ist über ein Strahlaufweitungssystem 2 bekannter Anordnung auf ein als Beugungsobjekt 3 dienendes Außengewinde gerichtet. Die Wellenfronten des elektromagnetischen Strahl es sind hinter dem Strahlaufweitungssystem bis zur Beugungsgrenze parallel gerichtet.
Das beugende Objekt 3 ist im Strahl vor einer Sammellinse 4 angeordnet. In der Brennebene 5 der Sammellinse 4 entsteht eine Beugungsfigur, die von der geomtrischen Form des beugenden Objektes 3 (hier ein Gewinde) abhängt. Aus der Beugungsfigur können durch einfache Berechnung die Gewindebestimmungsgrößen quantitativ ermittelt werden. (K. Dorenwendt, H. Kunzmann, J. Lerch: Messung von Gewindeparametern an kleinen Außengewinden mittels beugungsoptischer Methoden,

s euttscStr e ir. F + M im Fcbruar(1976) 2) S. )

Wird in der Brennebene 5 eine Strahlungsempfängermatrix 6 angeordnet, so kann mit bekannten photoelektronischen Anordnungen die Beugungsfigur erfaßt und elektrisch einer Auswertung zur direkten Bestimmung der Gewindeparameter zugefülirt werden.
In Figur 2 ist in der Brennebene 5 ein Blendensystem 7 angeordnet, dahinter ein Strahlungsempfängersystem 8, das die durch das Blendensystem hindurchtretende Strahlung empfängt und zur elektrischen Weiterverarbeitung in dektrische Signale umwandelt. Als Blendensystem 7 kann insbesondere das entwickelte Negativ oder Positiv einer mit photographischen Methoden aufgenommenen Beugungsfigur eines Gewindelehrdornes dienen. In einer Anordnung nach Fig. 2 können damit unmittelbar die Abmessungen von Gewinden einer Serienfertigung mit einem Gewindelehrdorn verglichen werden, indem die Beugungsfiguren der Prüflinge mit der gespeicherten Beugungsfigur eines Normales photoelektrisch verglichen werden.
Da in der Beugungsebene (Brennebene 5) die Gewindebestimmungsgrößen unabhängige Anteile der Beugungsfigur erzeugen, kann mit den Anordnungen nach Fig. 1 und Fig. 2 jede Gewindebestimmungsgröße der Prüflinge mit den entsprechenden des Normals verglichen werden. (Platzer, Etschberger: Fouriertransformation zweidimensionaler Signale, I. Teil, Laser Nr. 1 (1972) S. 39-45). Für eine Summenprüfung wird die Anordnung nach Fig. 2 erweitert und zu einer Anordnung nach Fig. 3 ergänzt.
In Fig. 3 ist eine optische Anordnung dargestellt, bei der in der Brennebene 5 der Sammellinse 4 ein Blendensystem 7, in gleicher Funktionsweise wie fir Fig. 2 beschrieben, angeordnet ist. Dieses Blendensystem 7 ist aber auch gleichzeitig in der Brennebene der zweiten Sammellinse 9, so daß die durch das Blendensystem 7 gehende Strahlung wieder gesammelt wird und auf einen einzigen Strahlungsempfänger 10 fällt.
In einer Summenprüfung wird je nach Obereinstimmung der geometrischen Abmessungen von Prüfling und Normal das durch das Blendensystem hindurchtretende Licht stärker oder schwächer. Der Strahlungsempfänger 10 liefert ein entsprechendes elektrisches Signal an eine Auswerteelektronik.
Die beschriebenen Anordnungen haben gegenüber allen bisher bekanntgewordenen optischen, opto-mechanischen und mechanischen den Vorteil, daß die Positionierung des zu messenden Objektes 3 (Außen-Gewinde) sowohl in als auch quer zur Richtung des Lichtstrahles 4 ohne besondere Maßnahmen erfolgen kann. Das Beugungsbild ist aus physikalischen Gründen in erster Näherung unabhängig von der Ablage aus einer vorgesehenen Position. Hierdurch unterscheidet sich das hier beschriebene System entscheidend von solchen, bei denen mit erheblich größerem optischen Aufwand holographische Methoden zur Messung von Werkstücken angewendet werden. (H. Rottenkolber: Holographie 73, Teil 1, Anwendung der neuen Meßmethoden in der Industrie, Laser 1, 1973, S. 27-29; H. Steinbichler, H. Rottenkolber, E. Mönch: Holographie 73, Teil 4, Quantitative Auswertung von holographischen Interferogrammen, Laser 5, 1973, S. 9-15).
Neben der Meßwerterfassung ist damit auch die Bedienung in hohem Maße automatisierbar.
Leerseite

Claims

Patentansprüche e Meßeinrichtung zur automatischen berührungslosen Prüfung der geometrischen Abmessungen von Außengewinden, dadurch gekennzeichnet, daß ein zu prüfendes Außengewinde in den Strahl einer genügend monochromatischen Strahlungsquelle 1 derart gebracht wird, daß in Strahirichtung gesehen in einem genügend großen Abstand vom beugenden Objekt 3 die Beugungsfiguren des zu prüfenden Außengewindes und eines Gewindenormals überlagert werden und zwar dadurch, daß das Beugungsbild eines Normals als Blendensystem 7 vorhanden ist, das vorzugsweise mit photographischen Methoden mittels derselben Apparatur hergestellt wurde, und daß mittels Strahlungsempfänger hinter oder in der Brennebene 5 und einer angeschlossenen elektronischen Schaltung die Beugungsfiguren und wegen der direkten Beziehung zu den entsprechenden Gewindeabemessungen auch das zu prüfende Gewinde und das Gewindenormal miteinander verglichen werden.
2.) Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Strahl richtung von der Strahlungsquelle 1 ausgehend hinter dem beugenden Objekt 3 eine Sammellinse 4 angeordnet ist, in deren Brennebene 5 die Beugungsfigur des beugenden Objektes 3 weitgehend unabhängig von der Ausrichtung des beugenden Objektes 3 im Strahl zur Prüfung der geometrischen Abmessungen des Objektes 3 benutzt wird.
3.) Meßeinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Meßebene eine Strahlungs-Empfänger-Einrichtung derart angeordnet ist, daß die einzelnen Strahlungsempfänger in ihrer geometrischen Zuordnung der Beugungsfigur eines Normals entweder teilweise oder ganz entsprechen.
4.) Meßeinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Strahlrichtung von der Strahlungsquelle 1 aus gesehen hinter der Brennebene 5 eine zweite Sammellinse 9 im Abstand ihrer Brennweite angeordnet ist, hinter der ein Strahlungsempfänger 10 angeordnet ist.
5.) Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Strahlungsquelle 1 ein Laser verwendet wird, dessen emittierte Strahlung im infraroten Wellenlängenbereich liegt.