DE2722452A1

DE2722452A1 - Evolventen- und zahnschraegen-pruefgeraet mit elektronischer kompensation der mechanischen fehler

Info

Publication number: DE2722452A1
Application number: DE19772722452
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr Ing Bosch; Richard Dipl Ing Marquardt
Original assignee: W Ferdklingelnberg Soehne; Witwe Ferdinand Klingelnberg Soehne GmbH
Current assignee: W Ferdklingelnberg Soehne; Klingelnberg GmbH
Priority date: 1977-05-18
Filing date: 1977-05-18
Publication date: 1978-11-23
Also published as: US4182045A; CH630173A5; GB1586014A

Description

W. Ford. Klingelnberg Söhne _o _ Rerascheid - Berghausen

Evolventen- und Zahnschrärrcn-Prüfgerät mit elektronischer Kompensation der mechanischen Fehler

Die Erfindung betrifft ein Evolventen- und Zahnschrägen-Prüfgerät mit mechanisch arbeitender Getriebekette (insbesondere Wälzgetriebe, Sinuslineal, Kulissenführung und/oder Hebelgetriebe), die den Meßtaster relativ zum Prüfrad auf der erforderlichen Bezugskurve führt.

Mit diesem Oberbegriff geht die Erfindung von einem Stand der Technik aus, wie er beispielsweise in der DT-PS 12 3h 033 beschrieben wird.

Aufgrund höherer Ansprüche an Laufruhe und Uebertragungsgenauigkeit, insbesondere auch bei großen Zahnrädern, ergibt sich die Notwendigkeit, die Verzahnungen noch genauer als bisher messen zu können. Eine Steigerung der Meßgenauigkeit der mechanisch arbeitenden Geräte durch Erhöhung der Fertigungsgenauigkeit ist mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand nicht mehr möglich. Bei sehr schweren Zahnrädern kommt hinzu, daß je nach der momentanen Stellung der Getriebekette unterschiedliche Verformungen auftreten können. Außerdem kann der Reibverschleiß an den kinematisch wichtigen Teilen eine langsame, aber ständige Verminderung der Genauigkeit mit sich bringen.

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Dann werden im Laufe der Zeit Nachjuntagen oder Nacharbeiten erforderlich.

Es sind daher verschiedene Zahnrad-Prüfgeräte entwickelt
worden, die die Bezugskurve, Evolvente beziehungsweise
Schraubenlinie, anstelle der Getriebekette mit rein elektronischen Mitteln realisieren.

In der DT-OS Zh 29 66Ί ist ein Gerät mit einer elektronischen Steuerung beschrieben, bei dem das Prüfrad angetrieben wird
und ein gekoppelter Drehgeber eine winkelproportionale Impulsfolge erzeugt. Diese wird in einer Recheneinheit so vervielfacht, daß ein Schrittmotor die zur Prüfraddrehung gehörende Soll-Verschiebung des Meßtasters bewirkt. Die Auslenkungen der durch eine Prüflast an der Zahnflanke gehaltenen Tasterspitze geben die Abweichungen wieder und werden gemessen.

Aus der DT-OS 23 6^ 916 ist ein Zahnflanken-Pinif gerät bekannt geworden, bei dem das Prüfrad stillsteht. Der Meßtaster fährt durch Servomotore entsprechend einem vorgegebenen elektronischen Rechnerprogramm angetrieben die Bezugskurve ab und dabei werden die Auslenkungen des Tasters gemessen.

Ferner ist aus der DT-OS 19 26 165 ein anderes Verfahren bekannt, bei dem ein starrer Taster entlang der Prüfradflanke gleitet, so daß aufgrund ihrer Abweichungen eine Ist-Bewegung zwischen dem Prüfrad und dem Taster erzwungen wird. Der Drehweg des
Prüfrades und die geradlinige Verschiebung des Tasters werden elektrisch gemessen und ins Verhältnis gesetzt. Aus der Differenz zum elektronisch gebildeten Soll-UebersetZungsverhältnis ergeben sich die Meßwerte für die Abweichungen der Zahnflanke.

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Aehnliche Lösungen oder Kombinationen davon sind beispielsweise auch in DT-OS 23 33 502, US-PS 3 8U9 891 enthalten. Des weiteren soll ein Verfahren erwähnt werden, bei dem die Ist-Lagen von Prüfrad und Meßtaster mittels Drehschrittgeber beziehungsweise Laser-Interferometer festgestellt und über Servoaotore auf die Soll-Lagen nachgeregelt werden. Der entscheidende Nachteil all dieser Prügeräte, die das Bezugsnormal rein elektronisch erzeugen, liegt darin, daß zum Erzielen der erforderlichen Genauigkeit ein erheblicher Aufwand in der Elektronik getrieben werden muß, was zu einem hohen Preis führt und der Verbreitung solcher Geräte bisher im Wege steht. Außerdem benötigen die Geräte mit elektronischer Regelung aufgrund der unvermeidbaren Regelzeit entsprechend längere Meßzeiter..

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Vorteile der mechanisch arbeitenden Geräte beizubehalten und durch maßvollen Einsatz der Elektronik ein Gerät zu schaffen, das eine höhere Genauigkeit besitzt und diese auch über einen längeren Zeitraum beibehält.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch je einen Wegaufnehmer an den Enden der Getriebekette, durch eine Recheneinheit, die das Signal des einen Wegaufnehmers mit dem eingegebenen Soll-Uebersetzungsverhältnis der Getriebekette multipliziert und dann vom Signal des anderen Wegaufnehmers abzieht und durch eine Einrichtung, die das so gebildete Differenzsignal als Korrekturwert vom Meßwert des Meßtasters vorzeichengerecht abzieht.

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Die Wirkung -der damit beanspruchten Maßnahme besteht darint die Abweichungen der Zahnflanke gegenüber einem mechanischen Bezugsgetriebe zu messen und dabei die kinematischen Uebertragungsfehler elektronisch zu kompensieren. Da die maximal auftretenden Korrekturwerte durch diese Maßnahme relativ klein zu halten sind, ist der Aufwand an elektronischen Geräten gering, und es tritt keine Beeinträchtigung der Meßzeiten auf. Außerdem nutzt die erfindungsgemäße Maßnahme noch gewisse Vorteile der mechanischen Verwirklichung der Bezugsbewegung, weil sie für den Bedienenden überschaubarer ist und bei manuellem Antrieb feinfühliger arbeitet. Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben:

Die Abbildung zeigt in perspektivischer Darstellung das Funktionsschema eines stufenlos einstellbaren Evolventen- und Zahnschrägeh-Prüfgerätes, bei dem sich das Prüfrad (1) um eine senkrechte Achse dreht, während sich der Meßtaster (2) geradlinig verschiebt, und zwar horizontal in der Grundkreisebene, wenn die Evolvente geprüft wird, und vertikal parallel zur Prüfradachse, wenn die Zahnschräge geprüft wird.

Die zwischengeschaltete Getriebekette hat folgende Glieder: Wälzscheibe (3), Wälzlineal (4), Steuerschlitten (5) mit drehbarer Kulissenführung (6), der die stufenlose Einstellung der Wälzbewegung am Wälzschlitten (7) entsprechend dem Grundkreisradius r^j ermöglicht.
Für die Zahnschrägenmessung kommt eine weitere drehbare

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Kulissenführung (8) hinzu, die die Vertikalverschiebung des Keßtasters bewirkt, wenn der Meßschlitten (9) mit dem Gestell (10) fest verbunden wird.

An den Enden dieser Getriebekette befinden sich hochgenaue Wegaufnehmer, vorzugsweise Strichcittermaßstäbe am beweglichen Teil und zugehörige Leseköpfe am feststehenden Teil, und zwar (11), (12) am Keßtaster und Heßschlitten, (13)» (1Ό am Wälzschlitten und Grundbett und (15) ι ("!6) am Wälzlir.eal und Grundbett. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist statt einer Strichgitterscheibe auf der Prüfradachse ein Strichgittermaßstab an dem in der Getriebekette unmittelbar folgenden Wälzlineal vorgesehen, weil aufgrund von Versuchen an Geräten dieser Gattung die Wegmessung insgesamt genauer ist als die Drehwinkelmessung trotz der noch dazwischenliegenden Wälzung. Der Lesekopf (16) ist direkt, die Leseköpfe (12) und (1Ό sind über einen Umschalter (20) für die Evolventen- beziehungsweise Zahnschrägenmessung mit einer Recheneii./ieit (21) verbunden, Zur Durchführung einer Evolventenmessung wird die Getriebekette über Spindel (17) am Steuerschlitten angetrieben, wenn der Durchmesser D der Wälzscheibe (3) größer ist als der Grundkreisdurchmesser d^ oder über Spindel (18) am Wälzschlitten im umgekehrten Fall. Währenddessen ist der Meßschlitten von Spindel (19) entkuppelt und mit dem Wälzschlitten starr verbunden. Der Meßtaster (2) stellt nun in der an sich'bekannten Weise die Abweichungen der Zahnflanke gegenüber jener Bezugskurve fest, die von der dargestellten Getriebekette erzeugt

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wird, jedoch der Soll-Evolvente schon sehr nahe kommt. Gleichzeitig werden die von den Leseköpfen (1U) und (16) kommenden wegproportionalen Impulsfolgen in der Recheneinheit in BCD-kodierte Zahlenwerte umgewandelt und gespeichert.

Treibt Spindel (I7)t kommt vom Lesekopf (1U) die kleinere der beiden Impulszahlen. Diese wird mit dem Soll-Uebersetzungsverhältnis der Getriebekette D/d^ multipliziert» das sich über eine Tastatur (22)in die Recheneinheit eingeben läßt. Treibt Spindel (18), entsteht am Lesekopf (16) die kleinere Impulszahl,und diese wird mit dem Wert d. /D multipliziert. Anschließend zieht der Rechner das so gebildete Produkt von der anderen, der höheren Impulszahl ab. Dieses Differenzsignal stellt den Uebertragungsfehler der Getriebekette darj um den der Meßwert korrigiert werden muß. Durch die Maßnahme immer die kleinere Impulszahl mit einer Zahl über eins zu multiplizieren und mit der höheren Impulszahl zu vergleichen, wird das Auflösungsvermögen der Strichgittermaßstäbe am besten ausgeschöpft.

Die Berechnung des Korrekturwertes erfolgt jedesmal, wenn eine der beiden Impulszahlen sich um eine Einheit geändert hat, d.h. wenn sich ein Strichgittermaßstab um beispielsweise 0,1 Mikrometer verschoben hat. Die so laufend ermittelten Korrekturwerte werden dann in einem Differenzbildner (23) vorzeichengerecht vom jeweiligen Meßwert des Meßtasters abgezogen, der vorzugsweise ebenfalls als digitaler Zahlenwert dem Differenzbildner zugeleitet wird.

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Diese Maßnahme beruht auf der Erkenntnis, daß sich bei Prüfgeräten der eingangs beschriebenen Gattung der Uebertragungsfehler der Getriebekette den tatsächlichen Abweichungen auf der Zahnflanke unmittelbar überlagert und daher am Meßwert wieder kompensiert werden kann.

Nach Berücksichtigung des gewünschten Vergrößerungsmaßstabs wird der so korrigierte Meßwert über einen Digital-Analog-Wandler (2¹O in der Ausgabeeinheit (25) registriert.

Bei der Zahnschrägenmessung wird die Getriebekette bei feststehendem Meßschlitten (9) wieder je nach dem günstigsten Uebertragungsverhältnis über eine der drei Spindeln (17)» (18), (19) angetrieben. Danach richtet sich auch der Betrag des Soll-Üebersetzungsverhältnisses, der aus den Größen Wälzscheibendurchmesser D, Grundkreisdurchmesser d, und Grundschrägungswinkel ß, gebildet und mit der kleineren Impulszahl von Lesekopf (12) oder (16) multipliziert wird. Der weitere Rechenablauf erfolgt wie bei der Evolventenmessung.

Da in Extremfällen sehr langsame Bewegungen an einem Getriebeglied und damit verbundene Schwingungen auftreten können, die kurzfristig zur Bewegungsumkehr führen, sind die digitalen Meßsysteme vorzugsweise mit Vorwärts/Rückwärtszähleinrichtung zu versehen.

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Claims

Patentansprüche

1.JEvolventen- und Zahnschrägen-Prüfgerät mit mechanisch arbeitender Getriebekette (insbesondere Wälzgetriebe, Sinuslineal, Kulissenführung und/oder Hebelgetriebe), die den Meßtaster relativ zum Prüfrad auf der erforderlichen Bezugskurve führt,
gekennzeichnet durch

je einen Wegaufnehmer an den beiden Enden der Getriebekette, durch eine Recheneinheit, die das Signal des
einen Wegaufnehmers mit dem eingegebenen Soll-Uebersetzungsverhältnis der Getriebekette multipliziert
und dann vom Signal des anderen Wegaufnehmers abzieht und durch eine Einrichtung, die das so gebildete
Differenzsignal als Korrekturwert vom Meßwert des Meßtasters vorzeichengerecht abzieht.

2. Prüfgerät nach Anspruch 1, bei dem sich das Prüfrad dreht, während sich der Meßtaster geradlinig verschiebt,
dadurch gekennzeichnet,

daß zur Messung der Prüfraddrehung eine Strichgitterscheibe und zur Messung der Tasterverschiebung je ein Strichgittermaßstab für die Evolventenmessung und für die Zahnschrägenmessung vorgesehen ist.

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3. Prüfgerät nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß statt der Strichgitterscheibe auf der Prüfradachse ein Strichgittermaßstab an dem in der Getriebekette unmittelbar folgenden Wälzlineal vorgesehen ist.

k. Prüfgerät nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet,

daß die optisch-digitalen Strichgitter-Meßsysteme jeweils mit Vorwärts/Rückwärts-Zähleinrichtung versehen sind.

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