DE3422772C2 - Device for contactless internal thread measurement - Google Patents
Device for contactless internal thread measurementInfo
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Abstract
Vorrichtung zur berührungslosen Innengewindemessung mit einer faseroptischen Anordnung zur Beleuchtung der Oberfläche des Innengewindes und zur rechnergestützten Ermittlung seiner Kontur aus dem Verlauf der Strahlungsstärke des von der Oberfläche reflektierten Lichts, insbesondere mit einem koaxial in das Gewinde einführbaren zylindrischen Kunststoffkörper (1), in den zwei jeweils aus einer laserlichtgespeisten Monomode-Glasfaser (2) und einem diese umgebenden lichtrückleitenden Glasfaserbündel (3) bestehende koaxiale Lichtleitfaserbündel (4a, 4b) dergestalt eingebettet sind, daß sie um 180° versetzt in einer zur Gewindeachse senkrechten Ebene radial aus dem Kunststoffkörper (1) austreten.Device for contactless internal thread measurement with a fiber-optic arrangement for illuminating the surface of the internal thread and for the computer-aided determination of its contour from the course of the radiation intensity of the light reflected from the surface, in particular with a cylindrical plastic body (1) which can be inserted coaxially into the thread, in each of which two consisting of a laser-light-fed single-mode glass fiber (2) and a light-returning glass fiber bundle (3) that surrounds it, coaxial optical fiber bundles (4a, 4b) are embedded in such a way that they emerge radially from the plastic body (1) offset by 180 ° in a plane perpendicular to the thread axis .
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur berührungslosen Innen^ewindemessung mit den Merkmalen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Gattung.The invention relates to a device for contactless internal thread measurement with the features the type described in the preamble of claim 1.
Die vollkommene Kontrolle von Innengewindeteilen bei der Serienfertigung ist ein noch nicht befriedigend gelöstes Problem. Die Prüfung eines Innengewindes auf Leichtgängigkeit ist nur mittels einer Gewindegutlehre 30 und die Prüfung auf ausreichende Tragkraft mittels einer Ausschußlehre möglich.The complete control of internal thread parts in series production is not yet satisfactory problem solved. The test of an internal thread for ease of movement is only possible using a thread gauge 30 and the test for sufficient load-bearing capacity by means of a committee gauge is possible.
Die Automatisierung dieser Prüfung mittels Sensoren wirft Probleme wegen der zu großen Abmessungen der Sensoren aufThe automation of this test by means of sensors raises problems because of the excessively large dimensions of the Sensors on
Vorrichtungen zur berührungslosen Innengewindemessung sind an sich bekannt, so ist beispielsweise in der Zeitschrift Feingerätetechnik, 7. rahrgang, Heft 12/1968, Seiten 548 bis 550, ein optisches Verfahren zur Mes-35 sung von Innengewinden beschrieben. Es wird dort eine Vorrichtung beschrieben, die mit mehreren zusammengeklebten Prismen und entsprechenden LichtbündeSn eine Beleuchtung des Innengewindes ermöglicht. Dieses Verfahren überträgt die bekannte Lichtschnitt-Methode auf Innengewinde. Das Prinzip des Verfahrens besteht darin, auf die Innenfläche eines Gewinderinges eine geradlinig begrenzte Hell-Dunkel-Kantc zu projezieren, die f dann als eine in geometrisch leicht angebbarer Weise gezackte Kante erscheint. Diese Kante wird entsprechendDevices for contactless internal thread measurement are known per se, for example an optical method for measuring internal threads is described in the journal Feingerätetechnik, 7th r ahrgang, issue 12/1968, pages 548 to 550. A device is described there which enables the internal thread to be illuminated with several prisms glued together and corresponding light bundles. This process transfers the well-known light section method to internal threads. The principle of the method is to project a linearly limited cut-off Kantc on the inner surface of a threaded ring, which then f as a serrated in geometrically easily specifiable manner edge appears. This edge becomes accordingly
;|- 40 beobachtet. Es lassen sich damit die Konturen von Innengewindegängen aufzeichnen. Dazu sind jedoch erheb-; | - 40 observed. It can be used to record the contours of internal threads. However, this requires considerable
I liehe aufwendige optische Systeme wie Mikroskope, Objektive bei dem Beleuchtungssystem und andere Geräte S erforderlich. Zudem eignet sich diese Methode mehrerer zusammengeklebter Prismen nicht für kleine bis mitt-ϊ» lere Innengewindelöcher.I borrowed complex optical systems such as microscopes, lenses for the lighting system and other devices S required. In addition, this method of several glued together prisms is not suitable for small to mid-ϊ » empty internally threaded holes.
:| Ferner ist aus der Zeitschrift Mesures vom 17. Oktober 1983, Seiten 53 bis 55, eine optische Überwachungsein-: | Furthermore, from the magazine Mesures of October 17, 1983, pages 53 to 55, an optical monitoring device
;■ 45 richtung für Innen- und Außengewinde bekannt. Sie dient dazu, das Bohrloch oder Blindlöcher nachzuweisen; ■ 45 direction known for internal and external threads. It is used to verify the borehole or blind holes
|| oder die Anzahl der Gewindegänge zu zählen. Dazu wird in einem bestimmten Winkel ein Lichtstrahl einer|| or count the number of threads. For this purpose, at a certain angle, a light beam becomes a
=£ Lichtquelle auf die Flanken der Gewindegänge geworfen. Die Reflektion dieses Lichtes wird mit Hilfe einer ent-= £ light source thrown onto the flanks of the threads. The reflection of this light is done with the help of a
|| sprechenden Optik erfaßt, die eine elektronische Auswertung der Gestalt ermöglicht, daß die Anzahl der|| speaking optics, which enables an electronic evaluation of the shape that the number of
fä Gewindegänge elektronisch gezählt wird. Auch hier werden konventionelle Lichtquellen mit aufwendigenfä thread turns are counted electronically. Here, too, conventional light sources are complex
II 50 Blendenvorrichtungen als auch entsprechend aufwendige Detektorvorrichtungen in optischer Form verwendet. || Zudem ist diese Art der Überwachung von Gewindegängen sehr empfindlich gegen Verschmutzungen durch a Staub und größere Materialteile. Auf Grund der Tatsache, üaß Lichtquelle und Detektor des zurückgestrahlten ü Lichts außerhalb des Gewindeloches angeordnet sind, ergibt sich, daß nur eine sehr grobe Beobachtung der I Gewindegänge möglich ist, nämlich ihr Vorhanden- oder NichtVorhandensein. Eine Messung des tiefsten Punkfi 55 tes in dem Zwischenraum zwischen zwei Gewindeflanken läßt sich beispielsweise mit einer derartigen Anord- :' nung keinesfalls durchführen.II 50 diaphragm devices as well as correspondingly complex detector devices in optical form are used. || In addition, this type of thread monitoring is very sensitive to contamination from dust and larger material parts. Due to the fact üaß light source and detector of the reflected light are arranged above sea level outside of the threaded hole, it appears that only a very rough observation of the I threads is possible, namely their presence or absence. A measurement of the deepest point in the space between two thread flanks cannot be carried out, for example, with such an arrangement.
.:■ Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine einfache und preiswerte für die Kontrolle von Mas-.: ■ The invention is therefore based on the object of providing a simple and inexpensive way of controlling mass
'.: senprodukten geeignete Vorrichtung zur berührungslosen Innengewindemessung zu schaffen, die insbesondere'.: sen products to create a suitable device for non-contact internal thread measurement, which in particular
für kleine bis mittlere Durchmesserbereiche von Innengewinden geeignet ist und dort eine verschleißfreie Mes-60 sung der einzelnen Gewindegänge ermöglicht.is suitable for small to medium diameter ranges of internal threads and there is a wear-free Mes-60 solution of the individual threads.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind mit den Merkmalen der Unteransprüche 2 bis 4 gekennzeichnet.This object is achieved according to the invention by what is stated in the characterizing part of claim 1 Features solved. Advantageous developments of the subject matter of the invention have the features of Subclaims 2 to 4 characterized.
Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, daß durch die Verwendung von Glasfasern, die in
65 einem entsprechenden runden Körper eingebettet sind, auch Innengewinde in kleinen Löchern exakt bezüglich
ihrer Einzelkontur kontrolliert werden können. Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich bei den verschiedensten
Gewindetypen anwenden.
Die Erfindung geht von den Verhältnissen bei faseroptischen Sensoren aus, die nach dem RücksireuprinzipThe advantages of the invention are in particular that through the use of glass fibers which are embedded in a corresponding round body, internal threads in small holes can also be precisely controlled with regard to their individual contour. The device according to the invention can be used with a wide variety of thread types.
The invention is based on the conditions in fiber optic sensors that operate according to the reverse fire principle
arbeiten: Das aus der Schnittfläche des beleuchtenden Lichtleitfaserbündels austretende Licht wird von der Objektoberfläche diffus reflektiert, und ein Teil des reflektierten Lichts wird von dem rückführenden Bündel aufgefangen und einer Fotodiode zugeführt. Für die Fotodiode ergibt sich eine Bestrahlungsstärke, die vom Abstand der Faserenden von der Objektoberfläche abhängt.work: The light emerging from the cut surface of the illuminating fiber optic bundle is emitted by the Object surface is diffusely reflected, and part of the reflected light is from the returning beam collected and fed to a photodiode. For the photodiode there is an irradiance from Distance of the fiber ends from the object surface depends.
Der Fotodiodenstrom kann als über die bestrahlte Fläche gemitteltes Abstandssignal betrachtet werden. Das Ausmaß der angetasteten Oberfläche wird bestimmt durch die Verteilung der hin- und rückleitenden Fasern im Bünde! und durch die optische Apertur der Fasern. Handelsübliche faseroptische Taster sind aufgrund ihrer zu großen Antastfläche für eine Innengewinderaessung ungeeignet.The photodiode current can be viewed as a distance signal averaged over the irradiated area. That The extent of the surface that is touched is determined by the distribution of the fibers leading to and from the surface Frets! and through the optical aperture of the fibers. Commercially available fiber optic buttons are due to their to large contact surface unsuitable for internal thread measurement.
Die Erfindung wird Dachstehend anhand der Fig. 1 bis 4 erläutert; von diesen zeigt dieThe invention is explained above with reference to FIGS. 1 to 4; of these shows the
Fig. 1 einen Schnitt durch ein Innengewinde und durch den darin eingeführten Kunststoffkörper mit den Lichileitfaserbündeln; dieFig. 1 is a section through an internal thread and through the inserted plastic body with the Lichileit fiber bundles; the
F i g. 2 die Größenverhältnisse an einem Innengewinde mit der Steigung 1 mm, etwa im Maßstab 100:1 dargestellt; dieF i g. 2 shows the proportions of an internal thread with a pitch of 1 mm, approximately on a scale of 100: 1; the
F i g. 3 den Zusammenhang (Sensorkennlinie) zwischen der Strahlungsstärke des von der Gewindeoberfläche reflektierten Lichts und dem jeweiligen Sensor- bzw. Abstandssignal; die F i g. 4 den Verlauf zweier Gewindeflanken und des dazugehörigen Sensorsignals.F i g. 3 the relationship (sensor characteristic) between the radiation intensity of the thread surface reflected light and the respective sensor or distance signal; the F i g. 4 shows the course of two thread flanks and the associated sensor signal.
Iη den gemäß der Fig. 1 in ein Innengewinde eingeführten und in diesem in der Richtung X verschiebbaren Kunststoffkörper 1 sind die beiden koaxialen Lichtleitfaserbündel 4 α und 4 b dergestalt eingebettet, daß sie in einer zur Rotationsachse des Kunststoffkörpers bzw. des Gewindes senkrechten Ebene um 180° versetzt austreten. Der Durchmesser d des als Sensorhalter fungierenden Kunststoffkörpers 1 ist etwas kieircTj als der Kerndurchmesser des Gewindes.Introduced Iη the of FIG. 1 in an internal thread and in this displaced in the direction X plastic body 1, the two coaxial optical fiber bundle 4 are α and 4 b such embedded, that in a direction perpendicular to the rotation axis of the plastic body or the thread level in order 180 ° emerge offset. The diameter d of the plastic body 1 functioning as a sensor holder is somewhat kieircTj than the core diameter of the thread.
Bei den hier betrachteten Innengewinden handelt es sich um metrische ISO-Gewinde im kleinen bis mittleren Durchmesserbereich. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung läßt sich darüber hinaus auch bei vielen anderen Innengewindetypen anwenden.The internal threads considered here are small to medium-sized ISO metric threads Diameter range. The device according to the invention can also be used in many others Use internal thread types.
Für die Bemessung der koaxialen Lichtleitfaserbündel 4 α und * b sind gemäß der F i g. 2 die folgenden Randbedingungen zu beachten:For the dimensioning of the coaxial fiber optic bundles 4 α and * b , according to FIG. 2 the following boundary conditions must be observed:
Smax ■ tan (a) = Smax ■ tan CS) - a S max ■ tan (a) = S max ■ tan CS) - a
ss == aa
tan CS)- tan (a) tan CS) - tan (a)
Randbedingungen:Boundary conditions:
H / H \ H / H \
i. Smax ■ tan (α) = — tan (y) a = arctan 1 ——— · tan (γ) ιi. S max ■ tan (α) = - tan (y) a = arctan 1 ——— · tan (γ) ι
8 V ' ^ma.x J 8 V ' ^ ma.x J
„ H_ tan (y) " H_ tan (y)
""" 8 tan (a) """ 8 tan (a)
2. β<γ2. β <γ
3. a <(smox + 4- V tan (ν)3. a <(s mox + 4- V tan (ν)
Der entfernteste Punkt, der noch eindeutig angetastet werden muß, ist der tiefste Punkt im Zwischenraum zwischen zwei Gewindüflanken. Seine Breite bestimmt mit der Randbedingung (1) den Austrittswinkel a. Die iaserlichtgepeiste Monomode-Glasfaser 3 hat einen Kerndurchmesser von etwa 5 am. Sie ist von einem Glastaserbündul 3 mit dem Durchmesser 2 α umgeben. Die Einzelfasern dieses Bündels haben einen Durchmesser von ca. 50 μπι und einen Akzeptanzwinkel ß. Für den Winkel β gilt, ausgedrückt durch die Randbedingung 2, daß er kleiner sein muß als der Flankenwinkel γ des Innengewindes. Für metrische ISO Gewinde beträgt dieser Winkel 30°. Es ist besonders vorteilhaft, den Winkel β mit ca. 25° anzusetzen.The most distant point that still has to be clearly touched is the deepest point in the space between two thread flanks. Its width determines the exit angle a with the boundary condition (1). The single-mode glass fiber 3, which is laser light-fed, has a core diameter of approximately 5 μm. It is surrounded by a glass fiber bundle 3 with a diameter 2 α . The individual fibers of this bundle have a diameter of approx. 50 μm and an acceptance angle β. For the angle β , expressed by boundary condition 2, it applies that it must be smaller than the flank angle γ of the internal thread. For metric ISO threads this angle is 30 °. It is particularly advantageous to set the angle β at approx. 25 °.
Die damit sich ergebende Abstandskennlinie ist in der Fig. 3 dargestellt. Im Bereich von S = 0 bis S = Smax nimmt die Strahlungsstärke / bis zu ihrem Maximalwert Z1 zu. Bei weiterem Vergrößern des Objektabstands fällt sie wieder ab, so daß aus Gründen der Eindeutigkeit nur der Bereich S < Smax verwendet werden darf.The resulting distance characteristic is shown in FIG. 3. In the range from S = 0 to S = S max , the radiation intensity / increases up to its maximum value Z 1 . When the object distance is increased further, it drops again, so that for reasons of clarity only the range S <S max may be used.
Fällt der Lichtkegel auf die Gewindeflanke, so mißt der Sensor den Abstand, der sich als Mittelmaß über die bestrahlte Fläche ergibt. Dadurch wird im wesentlichen die Auswertung des Sensorsignals bestimmt.If the light cone falls on the thread flank, the sensor measures the distance, which is a mean over the irradiated area results. This essentially determines the evaluation of the sensor signal.
Iη F i g. 4 ist der Verlauf zweier Gewindeflanken und darunter der des dazugehörigen Sensorsignals dargestellt.Iη F i g. 4 shows the course of two thread flanks and below that of the associated sensor signal.
I m Bereich α tastet der Sensor das Gewinde im Kerndurchmesser an. Da die angestrahlte Fläche sehr klein ist, ergibt sich ein breiter Abschnitt gleichen Meßsignals, das als Gewindekenndurchmesser zu interpretieren ist. Der Bereich b entspricht dem Antasten einer Gewindeflanke. Da sich beim Überstreichen des Lichtkegels über die Kante kein eindeutig als Maß zu interpretierendes Abstandssignal ergibt, befindet sich eine Lücke zwischen α und b, in die eine Triggerschwelle zum Umschalten der einzelnen Bereiche gelegt werden kann.In the area α , the sensor probes the thread in the core diameter. Since the irradiated area is very small, there is a wide section of the same measurement signal, which is to be interpreted as the nominal thread diameter. Area b corresponds to probing a thread flank. Since there is no distance signal that can be clearly interpreted as a measure when the light cone is passed over the edge, there is a gap between α and b in which a trigger threshold for switching over the individual areas can be set.
Im Bereich c liegt ist Meßwert, aus dem sich der Spitzendurchmesser ergibt. Durch seine Bauform bedingt, strahlt der Sensor hier die größte Fläche an. Wenn der Lichtkegel ganz in der Rinne liegt, ergibt sich im Punkt P ein Maximum. Für den Bereich d gilt das gleiche wie für Bereich b. C is in the range is measured, the result of which the tip diameter. Due to its design, the sensor illuminates the largest area here. When the cone of light is completely in the channel, there is a maximum at point P. The same applies to area d as to area b.
Über den Durchmesser d des Sensorhalters 1 werden die charakteristischen Durchmesser des Innengewindes bestimmt:The characteristic diameter of the internal thread is determined via the diameter d of the sensor holder 1:
- Kerndurchmesser = d + S1 min + S2 min 5 - Core diameter = d + S 1 min + S 2 min 5
- Spitzendurchmesser = d + S| max + S2 max - tip diameter = d + S | max + S 2 max
τ~, , , . , . ο . , 2 (S| max - Ä m/n) . o . . 2 (Si max - S> min) τ ~,,, . ,. ο. , 2 (S | max - Ä m / n). o . . 2 (Si max - S> min)
- Flankendurchmesser = d + S^ min + —— —■ + S2 min + —^-^ —= — - pitch diameter = d + S ^ min + --— - ■ + S 2 min + - ^ - ^ - = -
Eine Kontrolle der Gewindetiefe, der Vollständigkeit und der Steigung ist darüber hinaus mittels einer Drehaktorik und eines Tiefenmaßstabs im Rechner möglich.The thread depth, completeness and pitch can also be checked by means of rotary actuators and a depth scale in the computer possible.
Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19843422772 DE3422772C2 (en) | 1984-06-20 | 1984-06-20 | Device for contactless internal thread measurement |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19843422772 DE3422772C2 (en) | 1984-06-20 | 1984-06-20 | Device for contactless internal thread measurement |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3422772A1 DE3422772A1 (en) | 1986-01-02 |
| DE3422772C2 true DE3422772C2 (en) | 1986-07-03 |
Family
ID=6238741
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19843422772 Expired DE3422772C2 (en) | 1984-06-20 | 1984-06-20 | Device for contactless internal thread measurement |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE3422772C2 (en) |
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Also Published As
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| DE3422772A1 (en) | 1986-01-02 |
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