DE3407551A1

DE3407551A1 - Aufnahmekopf fuer mess- und/oder montagevorgaenge

Info

Publication number: DE3407551A1
Application number: DE19843407551
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl.-Ing.(FH) 8500 Nürnberg Och
Original assignee: Frenco Verzahnungslehren GmbH
Current assignee: Frenco Verzahnungslehren GmbH
Priority date: 1984-03-01
Filing date: 1984-03-01
Publication date: 1985-09-05
Also published as: GB8505161D0; GB2157437B; US4594762A; DE3407551C2; GB2157437A

Description

Aufnahmekopf für Meß- und/oder Montagevorgänge

Die Erfindung bezieht sich auf einen Aufnahmekopf für Meß- und/oder Montagevorgänge.

In einer Fertigungsstraße erfolgen zwischen Arbeitsstationen Meßvorgänge an bearbeiteten Werkstücken. Andererseits sind bearbeitete Werkstücke in der Montagephase mit Zusatzteilen zu komplettieren. Die Meß- und die Montagearbeitsgänge erfolgen automatisch. Dabei besteht das Problem des Achsversatzes, nämlich von Werkstück zur Meßmittel- bzw. Montagemittelachse.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen für das automatische, axiale Einführen von Lehren in Werkstücke, Meßgeräten in Werkstücke, Werkstücke in Spannmittel oder zur Montage von Werkstücken in Werkstücke geeigneten Aufnahmekopf zu schaffen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1.

Vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Der Aufnahmekopf ist über bekannte Verbindungsmittel mit Meßgeräten oder zu montierenden Teilen zu versehen. Der Aufnahmekopfes ist an einer vertikalen oder horizontalen Vorschubeinheit montiert und trägt das einzuführende Teil gegen das Gegenstück.

Nach dem Anspruch 1 liegt ein einfach aufgebauter und universell einsetzbarer Aufnahmekopf für Meß- und/oder Montagevorgänge vor. Ein Versatz der Achsen von Aufnahmekopf zum Werkstück als auch ein Winkelversatz zwischen der Achse des Aufnahmekopfes und der Querachse des Werkstückes wird durch die Lagerungen des Zentralkörpers korrigiert, so daß in jedem Fall der Meß- bzw. Montagevorgang durchführbar ist.

Der Aufnahmekopf eignet sich auch als Gebegerät für die Montage von Zahnnaben auf Zahnwellen. Daneben kann der Aufnahmekopf an einem Greifarm angeschlossen werden. Ein diesbezügliches An-

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Wendungsbeispiel besteht bei Zahnrädern mit Innenverzahnung oder Außenverzahnung, die auf entsprechende Gegenprofile aufgesteckt werden.

Nach dem Anspruch 2 liegt eine doppelte, spielfreie Pendellagerung vor, die aufgrund der schwimmenden Lagerung nach den Ansprüchen 3 und 4 sowohl für den horizontalen, vertikalen als auch schrägwinkligen Einbau, wie in Greifarmen, einsetzbar ist.

Nach dem Anspruch 5 ist die sichere Montage von formschlüssig ineinandergreifenden Teilen, wie verzahnte Steckwellenkupplungen, als auch Prüfvorgänge an Innen- oder Außenverzahnungen mittels Verzahnungsmeßlehren nach der DE-OS 31 09 durchführbar. Das Problem des blockierten Arbeitsvorganges aufgrund der kopfseitig aufeinanderstoßenden Teile ist in einfacher Weise dadurch gelöst, daß der Aufnahmekopf den axial blockierten Zentralkörper so lange dreht, bis der Formschluß erreicht ist. Dann erfolgt anschließend der axiale Vorschub des Zentralkörpers. Nach dem Abschluß des Arbeitsvorganges erfolgt automatisch die Nullstellung des erreichten Drehwinkels.

Nach dem Anspruch 6 ist in einfacher Weise beim Einbau eines Meßmittels, wie Dorn oder Ring, eine Meßstellung festzulegen.

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Nach dem Anspruch 7 ist sichergestellt, daß der während eines Arbeitshubes etwas aus seiner Ausgangswi nkel stellung verdrehte Zentralkörper nach dem Ausfahren aus dem Objekt durch die Druckfedern in seine Ausgansstellung zurückkehrt.

Nach dem Anspruch 8 ist die axiale Nullstellung und das Herausziehen bzw. Abziehen eines im Objekt verklemmten Meßmittels während des Rückhubes des Aufnahmekopfes gewährleistet.

Nach dem Anspruch 9 wird erreicht, daß bei einem, während der Meßstrecke im Objekt vorliegenden Klemmsitz des Meßmittels, bei dem die Kugeln des Kurvengetriebes aus ihren Nuten herausgedrückt werden, nach dem Herausziehen oder Abziehen des Meßmittels die Drehwinkel-Nul1 stellung des Zentral körpers fixiert wird, so daß die Kugeln wieder in ihre Nuten eintreten.

Wesentlich ist für die Erfindung, daß der Zentralkörper durch seine vier Freiheitsgrade, nämlich erstens axial, zweitens parallel versetzbar zur Hauptachse des Meßkopfes, drittens um einen, zwischen den Pendellagern liegenden Drehpunkt schwenkbar und viertens um die Zentralkörper-Achse drehbar, vielseitig einzusetzen ist. Positionsfehler, wie Winkel- und/oder Parallel versatz von Werkstücken werden durch den sich selbst justierenden Zentralkörper ausgeglichen.

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Ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 einen Aufnahmekopf mit einer Verzahnungsmeßlehre und ein in einer Halterung angeordnetes Werkstück im Schnitt,

Fig. 2 einen Querschnitt nach Fig. 1 gemäß der Linie II-II,

Fig. 3, 4 zwei Varianten einer Einzelheit in Pfeilrichtung III nach Fig. 2,

Fig. 5-8 verschiedene Positionen während eines Montagevorganges in schematischer Darstellung,

Fig. 9-11 einen weiteren Montagevorgang in vereinfachter Darstellung.

Nach Fig. 1 ist ein Aufnahmekopf 1 an einem, in Pfeilrichtung 2, 3 pneumatisch bewegbaren Arm 4 einer nicht weiter dargestellten Vorschubeinheit befestigt.

Der Aufnahmekopf 1 weist ein an sich mehrteiliges Gehäuse 8 auf, auf dessen Einzelteile wegen fehlender Erfindungsrelevanz nicht näher eingegangen wird.

In dem Gehäuse 8 sind zwei Pendellager 9, 10 mit Axialführungen 11, 12, ein Kurvengetriebe 15 (Fig. 3) und ein Zentralkörper 20 angeordnet.

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Ein relativ weiches Drehen des Zentral körpers wird im Falle seiner axialen, reibungsschllissigen Blockierung nach dem Anspruch 10 erreicht. Durch die Relativdrehung des Ringes des Kurvengetriebes werden Druckfedern gespannt.

Sobald die reibungsbedingte Haltekraft des Zentral körpers von den Druckfedern überwunden ist, drücken diese den Zentralkörper in Drehrichtung so weit, bis der Formschluß von miteinander korrespondierenden Teilen, wie Meßmittel und Verzahnung eines Objektes, erreicht ist.

Klemmt jedoch ein am Zentralkörper befestigtes Meßmittel vorzeitig im oder am Objekt, so dreht das Kurvengetriebe bei dem axial weiter fahrenden Gehäuse den Ring relativ gegenüber dem Zentralkörper, bis der Nährungsschalter den Rückhub des Aufnahmekopfes und das Herausziehen des verklemmten· Meßmittels über den gehäuseseitigen Vorsprung und den daran axial anliegenden Ring veranlaßt. Die Kugeln des Kurvengetriebes bleiben dabei in Eingriff mit den Nuten. Die relative Nullstellung des Ringes zu dem Zentralkörper bewirken die Druckfedern. Falls auch der Zentralkörper gegenüber dem Aufnahmekopf verdreht ist, so wird die Nullstellung durch die als Torsionsfeder wirkende Axial-Druckfeder garantiert.

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Der Zentralkörper 20 ist in den Axial führungen 11, 12 von Gleithülsen 21, 22 entsprechend den Pfeilrichtungen 2, 3 verschiebbar. Die Gleithülsen 21, 22 weisen konusartige Kopfstükke 23, 24 auf. Diese sind in entsprechenden Lagerringen 25, 26 gemäß den Pfeilrichtungen 27, 28 schwenkbar gelagert.

Eine Druckfeder 30 beseitigt die Lagerluft der Pendellager 9, 10.

Die Lagerringe 25, 26 sind durch Axiallager 32 im Gehäuse 8 schwimmend und spielfrei angeordnet. Die Axiallager 32 bestehen jeweils aus einer Kugel 33 und einem Stellstift 34.

Federschrauben 36 grenzen die radiale Schwimmbewegung entsprechend den Pfeilrichtungen 37, 38 ein.

Das Kurvengetriebe 15 besteht aus einem Ring 40, der über einen Gewindering 39 mit dem Zentralkörper 20 über Stifte 16 relativ beweglich verbunden und gegenüber diesem gemäß einem Winkel 19 verschwenkbar ist. Ein gehäuseseitiger Vorsprung 42 dient als Nullanschlag beim Herausziehen eines später beschriebenen Meßdornes 77 aus einem Zahnrad 72. Ein Deckel 41 ist über Schrauben 43 fest mit den Stiften 16 verbunden.

Nach Fig. 2 sind in dem Ring 40 ein Ringkanal 45 mit darin angeordneten Stiften 46, Ausnehmungen 47 für die Stifte 16 und die Stifte 16, 46 miteinander verbindende Druckfedern 48 angeordnet.

Nach den Fig. 1-3 weist der Ring 40 Nuten 50 für gehäuseseitig federgelagerte Kugeln 51 auf.

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Nach Fig. 1 sitzt in dem Ring 40 eine Hülse 54. Zwischen der Hülse 54 und dem Gehäuse 8 ist eine auch auf Torsion beanspruchbare Druckfeder 55 für die gezeichnete Nullstellung des Ringes 40 eingespannt. Ihre Enden 52, 53 sind in dem Gehäuse 8 und in dem Deckel 41 befestigt.

Ein gehäuseseitig angeordneter Nährungsschalter 56 bewirkt nach einem Hub 57 des Zentral körpers 20 den Rücklauf des Aufnahmekopfes 1 in Pfeilrichtung 2.

Die radiale Ausweichmöglichkeit des Zentral körpers 20 in die Pfeilrichtungen 37, 38 ist durch die etwa gleich großen Ringspalte 58-61 begrenzt.

Meßmittel sei tig weist der Zentralkörper 20 eine Ausnehmung 62 für einen Stellungsnocken 63 einer Verzahnungsmeßlehre 65 nach der DE-OS 31 09 334 auf. Die Verzahnungsmeßlehre 65 ist mit dem Zentralkörper 20 über eine überwurfmutter 66 verschraubt.

In dem Zentralkörper 20 ist ein Rohr 68 angeordnet, das mit der Verzahnungsmeßlehre 65 fest verbunden ist.

Eine Spannvorrichtung 70 legt ein, mit Innenverzahnung 71 versehenes Zahnrad 72 auf einer Meßmittelplatte 73 fest. Das Meßverfahren erfolgt analog den in den Fig. 4-10 dargestellten Bewegungsphasen.

Der Aufnahmekopf 1 wird über den Arm 4 pneumatisch in Pfeilrichtung 3 bewegt.

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Ein Vorzentrier durchmesser 75 zentriert über eine Einführschräge 76 einen Meßdorn 77 der Verzahnungsmeßlehre 65 in den Kopfkreisdurchmesser 78 der Innenverzahnung 71 ein.

Bei einem Versatz 80 (Fig. 4) der Hauptachse 81 des Aufnahmekopfes 1 zu der Hauptachse 82 des Werkstückes 72 bzw. 88 erfolgt die Selbstjustierung des Zentral körpers 20 zuerst über die schwimmenden Lagerungen der Lagerringe 24, 25 mittels der umfangseitig daran angreifenden Federschrauben 36.

Bei weiterer Abwärtsbewegung des Aufnahmekopfes 1 in Pfeilrichtung 3 ermöglichen die Pendellager 9, 10 entprechend Fig. 6 und der Pfeilrichtung 28 eine Schwenkung des Zentral körpers 20 bis der Versatz 80 durch die parallele Position der Hauptachse 81 und der Achse 83 des Zentral kör pers 20 erreicht ist.

Treffen die Zähne des Meßdornes 77 nicht die Zahnlücken der Innenverzahnung 71 gemäß dem Beispiel nach den Fig. 8 und 9, dann läuft der Meßdorn 77 auf und wird in den Axial führungen 11, 12 des Aufnahmekopfes 1 nach oben in Pfeilrichtung 2 gedrückt, da der Aufnahmekopf 1 gegen die Kraft der Feder 55 in Pfeilrichtung 3 weiter fährt. Dadurch bewirkt das Kurvengetriebe 15 die zwangsläufige Drehung des Meßdornes in Pfeilrichtung 86 (Fig. 9) gegen die Kraft der Federn 48 und 55.

Nach einem entsprechenden Verdrehwinkel (Bruchteil des Winkels 19) wird die Verzahnung des Meßdornes 77 in die Verzahnung 71 einrasten. Die noch gespannte Feder 55 drückt dann den Meßdorn 77 in Pfeilrichtung 3.

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Falls der Meßdorn 77 trotz des maximal möglichen Verdrehwinkels 19 nicht in die Verzahnung 71 einrastet, wird der Zentralkörper 20 im Aufnahmekopf 1 soweit in Pfeilrichtung 2 gedrückt, bis der Nährungsschalter 56 einen Kontakt auslöst und der Aufnahmekopf 1 als nicht einführbar registriert und zurückgefahren wird. Die Federn 48 und 55 stellen dann den Zentralkörper 20 bzw. den Meßdorn 77 in die Nullstellung zurück.

Ist der Meßdorn 77 in der Innenverzahnung 71 ausgerichtet, so wird er weiter in diese eingefahren.

Liegt die Innenverzahnung 71 nicht im 90°-Winkel 74 zum Aufnahmekopf 1, so muß während des Einfahrens sowohl die Pendellagerung (Pendellager 9, 10) auslenken, als auch die Schwimmlagerung (Lagerringe 25, 26 und Federschrauben 36) radial nachfahren.

Falls die Innenverzahnung 71 in sich konisch einfallend ist, ist es möglich, daß der Meßdorn 77 in einer bestimmten axialen Tiefenposition klemmt. Dann wird der Meßdorn 77 bzw. der Zentralkörper 20 im Aufnahmekopf 1 in Pfeilrichtung 2 hochgedrückt sowie die Kugeln 51 aus den Nuten 50 ausgerastet und der Nährungsschal ter 56 löst den Kontakt zum Zurückfahren des Aufnahmekopfes 1 aus. In jedem Fall sorgt letztlich die Feder 55 - falls der Zentralkörper 20 aus seiner Ausgangswinkelstellung ausgeschwenkt ist - für die Rückschwenkung in die Ausgangs· winkelstellung und damit für das Einfallen der Kugeln 51 in die Nuten. Eine Beschädigung des Meßdornes 77 und des Zahnrades 72 wird sicher vermieden. Wesentlich ist auch, daß der

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Meßdorn 77 aus dem Zahnrad 72 sicher ausgezogen wird. Hierzu dient der Vorsprung 42, an dem der Ring 40 während des Rückhubes anstößt.

Läuft das Einfahren des Meßdornes 77 in das Werkstück 72 ordnungsgemäß ab, so werden in der unteren Endstellung die Meßwerte weitergegeben und der Aufnahmekopf 1 fährt mit Zeitverzögerung in Pfeilrichtung 2 zurück.

Im Augenblick, da die Verzahnung des Meßdornes 77 aus der Innenverzahnung 71 des Werkstückes 72 ausfährt, stellen die Federn 48, 55 den Zentralkörper 20 in seine Ausgangswinkelstellung zurück, siehe Fig. 10, Pfeilrichtung 85.

Nach den Fig. 4-7 werden zylindrische Werkstücke 87, 88 inein· anderg efügt.

Nach den Fig. 8-10 wird ein innenverzahntes Werkstück 89 auf ein außenverzahntes Werkstück 90 aufgesteckt.

Wie die Fig. 3 zeigt, sind die Nuten 50 nach links oben im Ring 40 angeordnet, so daß der Zentralkörper 20 durch den Formschluß der Stifte 16 an den Stirnseiten 49 der Ausnehmungen 47 (Fig. 2) in Pfeilrichtung 86 zwangsgeführt um den Winkel 19 drehbar ist.

Sind die Nuten 50 jedoch nach Fig. 4 nach rechts oben ausgerichtet, so entfällt die Zwangsführung und an ihre Stelle tritt ein relativ weicher und stoßfreier Antrieb des Zentralkörpers 20 in Pfeilrichtung 85. Die Kugeln 51 drücken den Ring 40 in Pfeilrichtung 85. Der Zentralkörper 20 verharrt jedoch aufgrund der Meßmittel- / Objektseitigen Rei-

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bungsverh'ältni sse in Ruhestellung. Daher wird der Abstand kontinuierlich verkleinert und dabei die Druckfedern 48 gespannt, bis die Kraft der Druckfedern 48 die genannten Reibungsverhältnisse überwindet. Der Ring 40 kann demgemäß gegenüber dem Zentralkörper 20 einen maximalen Weg entsprechend dem Winkel 18 zurücklegen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1./' Aufnahmekopf für Meß- und/oder Montagevorgänge, dadurch gekennzeichnet,

daß in einem Gehäuse (8) ein mit Meß- und/oder Montagemitteln (65, 77, 87, 89) versehbarer, sich am Objekt (72, 80, 90) selbst zentrierender Zentralkörper (20) über Pendellager (9, 10) und Axialllager (11, 12) aus einer Ausgangslage

gegen die Kraft von Federn (55)
axial verschieb- und drehbar sowie
gegenüber der Gehäuse-Haupachse (81) schwenkbar oder paral-

IeI seitlich versetzbar gelagert ist und ein Schalter (56) vorgesehen ist, der bei einem bestimmten axialen Hub (57) des Zentral körpers (20) einen Vorschub-Rücklauf (2) bewirkt.

2. Aufnahmekopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Pendellager (9, 10) aus zwei, auf dem Zentralkörper (20),

durch eine dazwischen eingespannte Feder (30), auf Abstand gehaltenen Gleithülsen (21, 22) mit konusartigen Kopfstücken (23, 24)
und zwei mit diesen korrespondieren, im Gehäuse (8) angeordneten Lagerringen (25, 26) besteht.

3. Aufnahmekopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Lagerringe (25, 26) gehäuseseitig durch Gleit- oder Kugellager (32) schwimmend gelagert sind.

4. Aufnahmekopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Lagerringe (25, 26) zum Gehäuse (8) einen radialen Abstand (60) aufweisen,

und die Lagerringe (25, 26) durch im Gehäuse (8) eingesetzte Federschrauben (36) in radialer Richtung (37, 38) schwimmend gelagert sin.

5. Aufnahmekopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der axial blockierte Zentralkörper (20) über ein Kurvengetriebe (15), bestehend aus wenigstens einem gehäuseseitigen Drehstift oder Kugel (51) und einer körperseitiggen Schrägnut (50) bei einem Axialhub des Gehäuses (8)(Pfeilrichtung 3) gegen die Kraft von Federn (48, 55) um einen axialen Winkel (19) schwenkbar ist.

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6. Aufnahmekopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der Zentralkörper (20) meßmittelseitig eine Ausnehmung (62) für einen meßmittelseitigen Stellungsnocken (63) zur Festlegung einer definierten Ausgangsstellung eines Meßmittels (77) aufweist.

7. Aufnahmekopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

daß die Schrägnuten (50) an einem, zum Zentralkörper (20) koaxialen Ring (40) vorgesehen sind, der Ring (40) gegenüber dem Zentralkörper (20) bzw. der Zentralkörper (20) gegenüber dem Ring (40) durch körperseitige Stifte (16), die in Ausnehmungen (47) des Ringes (40) ragen, gegenüber im Ring (40) angeordnete Druckfedern (48) relativ verschwenkbar sind.

8. Aufnahmekopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gehäuse (8) und dem Zentralkörper (20, Ring 40) eine Druckfeder (55) eingespannt ist, die den Zentralkörper (20, Ring 40) in Achsrichtung an einen gehäuseseitigen Vorsprung (42) legt.

9. Aufnahemkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß die Druckfeder (55) als Torsionsfeder ausgebildet ist, indem ihre Enden (52, 53) gehäuseseitig und zentralkörperseitig befestigt sind und die Druckfeder (55) sowohl die axiale Ausgangsstellung des Zentralkörpers (20) an dem Vorsprung (42) als auch die Ausgangswinkelstellung mittels der Kugeln (51) und der Nuten (50) definiert.

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10. Aufnahmekörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß der Ring (40) durch die von links unten nach rechts oben im Ring (40) angeordneten Nuten (50) bei axial blök· kiertem Zentralkörper (20) durch die Kugeln (51) entgegen der Kraft der Druckfedern (48) gegen die ruhenden Stifte (16) des Zentral körpers (20) bei weiterer Spannung der Druckfedern (48) drehbar ist, wobei die Stifte (16) in den bogenförmigen Ausnehmungen (47) des Ringes (40) bis zu den Stirnseiten (49) der Ausnehmungen (47) gleiten.-