DE3435577A1

DE3435577A1 - Verfahren und vorrichtung zur nockenwellenausmessung

Info

Publication number: DE3435577A1
Application number: DE19843435577
Authority: DE
Inventors: Reginald Gordon Crewe Cheshire Marsden
Original assignee: Rolls Royce Motors Ltd; Rolls Royce PLC
Current assignee: Bentley Motors Ltd
Priority date: 1983-10-01
Filing date: 1984-09-27
Publication date: 1985-04-18
Also published as: IT8448931A1; SE8404852L; ES8506403A1; IT1178009B; IT8448931A0; ES536381A0; JPS60149901A; FR2552873A1; SE8404852D0; SE461425B; AU3361784A; GB2148007A; FR2552873B1; GB8326343D0; KR850003220A; GB2148007B; US4622756A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung des Profils eines Elementes.

Das Verfahren und die Vorrichtung findet insbesondere, aber nicht ausschließlich Anwendung auf die Überwachung der Profile der Nocken einer Nockenwelle. Gegensärtig wird diese Überwachung entweder manuell durchgeführt, und dies stellt eine sich wiederholende langweilige und zeitaufwendige Arbeit dar, oder es wird automatisch mit komplexen und teuren Anlagen eine Überwachung vorgenommen. Diese Anlagen umfassen Schrittmotore, um die Welle winkelmäßig über vorbestimmte Winkelschritte anzutreiben und bei jedem Schritt eine Messung vorzunehmen.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung weist ein Verfahren zur Überwachung des Profils eines Elementes die folgenden Schritte auf:

Es wird ein Detektorkopf auf das Element hin vorgeschoben, es wird ein Bezugspunkt am Profil festgelegt, es wird eine kontinuierliche Relativbewegung zwischen dem Detektorkopf und dem Element durchgeführt und es werden kontinuierlich Profilablesungen aus der Referenz längs des Profiles abgenommen und diese Ablesungen werden in vorbestimmten Intervallen einem Computer zur späteren Verarbeitung zugeführt.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Überwachung des Profils eines Elementes vorgesehen, die einen Träger und einen Wandler umfaßt,

um ein Signal in Abhängigkeit von der Stellung des Profils zu erzeugen, wobei dem Träger ein Antrieb zugeordnet ist, um eine kontinuierliche relative Drehbewegung zwischen dem zu überwachenden Element und dem Wandler zu schaffen und wobei Mittel vorgesehen sind, um die Signale vom Wandler einem Computer zur nachfolgenden Bearbeitung zuzuführen.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen :

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Nockenwellen-Meßvorrichtung;

Fig. 2 eine Darstellung des idealen Profils des Nockens und des Profilzählers des gefertigten Nockens, wobei dieses Zählerprofil unter Benutzung der Vorrichtung nach Fig. 1 erhalten wurde;

Fig. 3 ein Beschleunigungs- und ein Geschwindigkeitsdiagramm für den Nocken mit Profilfehler", der in Fig. 2 dargestellt ist.

Gemäß Fig. 1 weist die Vorrichtung ein starres, gerades und flaches Fundament 1 auf, das einen vorderen Reitstock 2, einen hinteren Reitstock 3 und einen Schlitten 4 für einen Hubmeßwandler 5 trägt. Der hintere Reitstock 3 ist beweglichem eine Anpassung an Nockenwellen unterschiedlicher Länge zu ermöglichen, und der

vordere Reitstock 2 weist einen Motorantrieb 6 zur Drehung auf. Ein Drehdecoder 7 hoher Auflösung zeichnet die Winkel Versetzung in Schritten von 0,001° auf und der Nockenhub wird unter Benutzung eines 30 mm Versetzungswandlers gemessen, der eine Auflösung von

I um besitzt. Die zu überprüfende Nockenwelle wird zwischen den Spitzen der Reitstöcke gelagert, und es wird ein Setzstock an den Lagern benutzt, um jegliche Versetzung bzw. Exzentrizität zu korrigieren. Ein · Nockenfolgeorgan, welches flach oder sphärisch ausgebildet sein kann, liegt zwischen dem Nocken und dem Wandler 5. Es wird ständig ein konstanter Meßdruck aufrecht erhalten, während das Meßverfahren durchgeführt wird.

Der Wandler 5 und die Rotations-Decodiervorrichtung sind über jeweilige digitale Lesevorrichtungen 8 und und ein Interface 10 mit einer Zentralbehandlungseinheit

II verbunden. Die Vorrichtung 8 liefert eine kontinuierliche digitale Ablesung des durch den Wandler 5 gemessenen Hubs, und die Vorrichtung 9 liefert eine kontinuierliche digitale Ablesung des Winkels, der durch die Rotations-Decodiervorrichtung 7 gemessen wird. Das Interface 10 paßt die Ausgänge der Vorrichtungen 8 und 9 an das I/O Interface der zentralen Verarbeitungseinheit an. Die Einheit 11 ist ein Mikrocomputer, der mit Peripheriegeräten ausgerüstet ist, welche ein Doppelplattenspeichermodul, einen Punktmatrixdrucker und einen A3 8-Stift-Plotter aufweisen.

Die vorbeschriebene Vorrichtung wird in der folgenden Weise benutzt. Wenn die zu überprüfende Nockenwelle zwischen den Spitzen der Reitstöcke 2 und 3 gelagert ist und die Antriebskupplung eingerückt ist, dann werden die Nockenwellenlager im Hinblick auf eine mögliche Exzentrizität überwacht und erforderlichenfalls wird ein Setzstock benutzt. Ein Nockenfolgeorgan 20 gemäß Fig. 1 wird dann auf der Nockenform 21 gemäß Fig. 1 eingestellt. Gemäß dem Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein flaches Nockenfolgeorgan, das normal zur Nockenoberfläche eingestellt ist. Dann wird der höchste Punkt des Nocken bestimmt, indem der Umkehrpunkt des Hubes gefunden wird, und dann wird der Hub auf beiden Seiten bei 30° aufgezeichnet (bei diesem speziellen Nockenausführungsbeispiel ist das Profil über 32° auf beiden Seiten des höchsten Punktes symmetrisch). Dann wird die tatsächliche Stellung des höchsten Punktes des Nocken dadurch gefunden, daß die Hubdifferenz an diesen Punkten subtrahiert wird, und daß der Nocken 21 auf den erforderlichen Hubwert gebracht wird, wobei die Winkeländerung an der Vorrichtung 9 festgestellt wird. Dann wird der wahre Wert des höchsten Punktes in den Computer eingegeben und der Motorantrieb 6 wird angelassen. Die gemessenen Werte für Winkel und Hub werden auf einem dem Computer zugeordneten Sichtgerät dargestellt, und zwar in Intervallen von 1° und für eine volle 360°-Drehung. Beide Plattenlaufwerke werden während der Messung benutzt und die Programme werden in einem Laufwerk gespeichert und die gemessenen Daten in dem anderen. Das Software-Programm steuert

die Datensammelfolge und nach einer vollen Umdrehung des Nocken werden die gemessenen Daten wieder eingestellt, um den höchsten Punkt des Nockens bei 0° einzustellen.

Das Software-Programm, das am Ende der Beschreibung beigefügt ist,- wurde in der Weise geschrieben, daß es benutzerfreundlich ist und keinen Spezialisten mit Computerwissen erfordert. Es werden einzelne Fragen auf dem Schirm dargestellt, wie z.B. "ist die Messung eine neue oder die Darstellung bestehender Daten?". Dann werden Optionen vorgesehen, indem die speziellen Funktionstasten benutzt werden, um die folgenden Darstellungen zu erzeugen:

(I) Profi1-Geschwindigkeits- und Beschleunigungsdiagramme der Nockenform.

(II) Fehlerdarstellung der Nockenform Abweichungen von einer geraden Linie und Fehler, die über einer Schnittansicht der Nockenwelle aufgetragen werden.

(III) Eine Ansicht der Größe A4 des Nockens mit Fehlers, die über der Nennform aufgetragen sind.

(IV) Winkelfehlerergebnisse, die für eine Nockenwelle ausgedruckt sind (die

Nockenwelle besitzt bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel 16 Nockenoberflächen).

(V) Ein Ausdruck gemessener Nockendaten mit Schritten von 1° Zunahme.

(VI) Eine Fortsetzungstaste, um die Meßfolge wieder zu starten.

(VII) Eine Darstellung, die alle Nockenfehler in Form von Abweichungen gegenüber einer geraden Linie erkennen läßt, aufgetragen auf einem Blatt Papier der Größe A3.

Figur 3 zeigt eine Darstellung von Hub-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungsdiagrammen des Nocken, und diese Kurven sind mit L, V, und A bezeichnet.

Der Datensammelvorgang umfaßt 10 Minuten, und dann kann nach einer Wiederausrichtung zur Justierung des höchsten Punktes auf 0° die Fehlerdarstellung auf dem Sichtschirm wiedergegeben werden. Nach Drücken der Taste "Continue" werden die Daten auf der Platte gespeichert und dann erscheinen die Optionen über die speziellen Funktionstasten, wie bereits oben beschrieben. Eine numerische Differentiation des gemessenen Nockenhubwertes kann herausgeführt werden, um Geschwindigkeit- und Beschleunigungsdaten zu liefern. Diese Ergebnisse

werden dann zusammen mit dem Nockenprofil auf einem A3 Papier aufgezeichnet, wobei vier verschiedene Farben benutzt werden. Die Darstellungen sind skaliert mit Winkelangaben von -180° bis +180° und in Bezug auf den Hub von -1,3 mm bis + 7,6 mm (- 0,05 Zoll bis + 0,30 Zoll). Die Darstellungen können für jede Nockenwelle erzeugt werden, ohne Bezugnahme auf irgendwelche bekannten Daten, wobei der einzige beschränkende Faktor der maximale Hubwert ist, der auf 7,6 mm programmiert ist, jedoch kann dies leicht geändert werden, falls dies erforderlich sein sollte.

Die Fehleraufzeichnung der Nockenform (auch auf A3-Papier) ist voll mit Bezeichnungen versehen und es werden wiederum vier unterschiedliche Farben benutzt. Diese Routine benutzt Nockenwellen-Zeichnungsdaten, die bereits in der Maschine gespeichert sind. Die Fehler werden dargestellt als Abweichungen von einer geraden Linie, aber eine Schnittansicht zeigt den stark vergrößerten Fehler auch in seiner Darstellung auf der linken Seite des Papieres.

Nach anfänglicher Einstellung des höchsten Punktes des Nocken wird die Welle kontinuierlich gedreht und die Meßdaten (Hub und Winkel) werden gleichzeitig und kontinuierlich der Zentraleinheit 11 zugeführt. Die gemessenen Signale sowohl von Winkelwandler als auch von Hubwandler werden ausgesandt, unabhängig davon ob sich der Nocken dreht oder ob er stillsteht.

Das Softwareprogramm liest die Werte aus und bestimmt, ob das Werkstück annehmbar ist oder als Ausschuß zu klassifizieren ist, je nach den Toleranzen, die im Programm festgelegt sind. Die vom Computer akzeptierten Daten werden zur späteren Verarbeitung und Berechnung gespeichert bevor sie nach den Peripheriegeräten abgegeben werden.

Dieses Verfahren der Datenaquisition ermöglicht eine einfachere und daher weniger kostspielige Anordnung im Vergleich mit Maschinen, die Schrittmotore und Steuerkreise zwischen der Zentraleinheit und der Nockenwellenantriebsvorrichtung benutzen .

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Claims

Patentanwälte / - Dip'li.-Ing. Curt Wallach Europäische Patentvertreter Dipl.-Ing. Günther Koch European Patent Attorneys Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 2 60 80 78 · Telex 5 29 513 wakai d 27. September 1984 Datum: r Rolls-Royce Motors Limited unser zeichen: 13 020 - K/Ap Pym's Lane, Crewe, CW1 3PL Cheshire, England 3435577 Verfahren und Vorrichtung zur Nockenwellenausmessung Patentansprüche:

1. Verfahren zur Überwachung des Profils eines Elementes,

dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Schritte umfaßt:

Es wird ein Detektorkopf auf das Element vorgeschoben, es wird ein Bezugspunkt auf dem Profil bestimmt, es wird eine kontinuierliche Relativbewegung zwischen dem Detektorkopf und dem Element erzeugt, es werden kontinuierlich Profilablesungen vom Bezugswert ausgehend längs des Profiles abgenommen, und diese Ablesungen werden in Intervallen vorbestimmten Abstands einem Computer zur weiteren Verarbeitung zugeführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß kontinuierlich eine relative Drehbewegung zwischen dem Detektorkopf und dem Element erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelversetzung schrittweise aufgezeichnet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Bezugspunkt auf dem Profil gewählt wird, von welchem aus die Bewegung bestimmt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil des Elementes aus den Signalen aufgezeichnet wird, die dem Computer zugeführt werden, nachdem sie gemäß einem vorbestimmten Programm bearbeitet wurden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zu überwachende Profil das Profil eines Nocken ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß Geschwindigkeitsund Beschleunigungsdaten aus den Signalen aufgezeichnet werden, die vom Computer geliefert werden, nachdem sie gemäß einem vorbestimmten Programm bearbeitet wurden.

8. Verfahren nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Fehleraufzeichnung der Nockenform aus den Signalen erzeugt wird, die dem Computer zugeführt werden, nachdem sie gemäß einem vorbestimmten Programm verarbeitet wurden, wobei Noekenwellendaten benutzt werden, die im Computer gespeichert sind.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Träger und einen Wandler aufweist, der ein Signal in Abhängigkeit von der Stellung des Profils liefert, daß dem Träger ein Antrieb zugeordnet ist, um eine kontinuierliche Relativbewegung zwischen dem zu überwachenden Element und dem Wandler zu liefern, und daß Mittel vorgesehen sind, um Signale vom Wandler nach einem Computer zur darauffolgenden Weiterverarbeitung zu liefern.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb ein Drehantrieb ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10,

dadurch gekennzeichnet, daß ein Rotationsdecoder vorgesehen ist, um die Winkelversetzung in diskreten Schritten auszuzeichnen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler und der Rotationsdecoder über jeweilige Digital-Auslesevorrichtungen und ein Interface mit dem Computer verbunden sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12,

bei welchem das Element von einem Nocken gebi ldet wird ,

dadurch gekennzeichnet, daß eine digitale Auslesevorrichtung eine kontinuierliche Anzeige des Hubes liefert, der vom Wandler gemessen wird und die andere digitale Auslesevorrichtung eine kontinuierliche Messung des Winkels liefert, der durch den Rotationsdecoder gemessen wird.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, bei welchem das Element von einem Nocken gebildet wird,

dadurch gekennzeichnet, daß Träger vorhanden sind, um eine den Nocken tragende Welle zu lagern, wobei einer der Träger beweglich ist, um eine Anpassung an Wellen unterschiedlicher Länge zu ermöglichen.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß dem Computer ein Plotter zugeordnet ist.