DE3510644A1

DE3510644A1 - Verfahren zur vermessung von insbesondere rotationssymmetrischen werkstuecken

Info

Publication number: DE3510644A1
Application number: DE19853510644
Authority: DE
Inventors: Tilman Dipl.-Phys. Dr. 4005 Meerbusch Fischer; Hans-Ulrich Dipl.-Ing. 5000 Köln Krempa
Original assignee: Rheinmetall GmbH
Current assignee: Rheinmetall Industrie AG
Priority date: 1985-03-23
Filing date: 1985-03-23
Publication date: 1986-10-02
Also published as: WO1986005583A1; EP0229076A1

Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermessung von insbesondere rotationssymmetrischen Werkstükken.
Dieses Verfahren wird bevorzugt in der Fertigungsmeßtechnik zur Überprüfung von in Serie hergestellten Werkstücken, wie beispielsweise Kurbelwellen und/ oder Achsen eingesetzt.
Zur Vermessung derartiger Werkstücke sind bereits ebenfalls berührungslos arbeitende pneumatische Verfahren bekannt, bei denen jedoch in nachteiliger Weise Düsenelemente zur Beaufschlagung der zu messenden Werkstückoberfläche mit Luft in unmittelbare Nachbarschaft des Werkstücks gebracht werden müssen. Zudem ist ein vergleichsweise hoher Aufwand zur Erzeugung der Druckluft erforderlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wesentlich vereinfachtes Verfahren zur Vermessung von Werkstücken und eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben.
Ein Verfahren zur Lösung dieser Aufgabe geht aus Anspruch 1 hervor. Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens sind in den Unteransprüchen genannt.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigl Fig. 1: eine Aufsicht auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens; Fig. 2: eine Seitenansicht der Vorrichtung; Fig. 3: eine vergrößerte Darstellung von Teilen der Vorrichtung nach Fig. 1 zur Erläuterung des Meßverfahrens.
In einer schematischen Darstellung zeigt Fig. 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Ein zu vermessendes Werkstück 1, z. B. eine entlang der Achse 30 mit unterschiedlichen Durchmessern D 1, D 2 ausgestattete Welle 1.ist für den Meßvorgang ortsfest in einer nicht dargestellten Halterung angeordnet. Parallel zur bevorzugten Achse 30 des Werkstücks 1 verlaufend ist weiter ein Linearmaßstab vorgesehen. Mit dem Meßverfahren sollen die Durchmesserwerte des Werkstücks und deren Lage entlang der bevorzugten Achse, also auch in Bezug auf den Linarmaßstab 3 überprüft werden. Zu diesem Zweck werden optische Schnitte senkrecht zu einer bevorzugten Werkstückachse, beispielsweise zur Achse 30 oder auch senkrecht zu einer Ober- bzw. Unterkante des Werkstücks 1 auf mindestens zwei optoelektronische Wandler 2, 2' abgebildet, die entlang des Linearmaßstabs 3 bewegbar angeordnet sind. Als optoelektronische Wandler werden zweckmäßig Halbleilerkameras verwendet, deren im wesentlichen sich linear erstreckende Lichtaufnahmeflächen in der Schnittebene angeordnet sind. Abhängig von der Abschattung der lichtempfindlichen Flächen der optoelektronischen Wandler 2, 2' durch die Konturen des zu vermessenden Werkstücks 1 liefern die optoelektronischen Wandler 2, 2' elektrische Ausgangssignale, die nach geeigneter Verknüpfung, z. B. nach Differenzbildung, unmittelbar dem Durchmesserwert des Werkstücks 1 an der jeweiligen Meßposition der optoelektronischen Wandler proportional sind. Die aus den Ausgangssignalen der optoelektronischen Wandler 2, 2' ermittelten Durchmesserwerte lassen sich vermittels des Linearmaßstabs 3 eindeutig der jeweiligen Lage der optoelektronischen Wandler 2, 2' zuordnen, so daß letztlich wegen der ortsfesten Anordnung des zu vermessenden Werkstücks 1 in der Meßanordnung ein eindeutiger Zusammenhang zwischen einem gemessenen Durchmesserwert und dem Abstand dieses Durchmesserbereichs des Werkstücks 1 vom Anfang des Werkstücks 1 besteht.
Zwecks Optimierung der optischen Abbildungsverhältnisse ist hinter dem zu vermessenden Werkstück 1 ein diffus streuendes bzw. reflektierendes optisches Element, z. B. eine Mattscheibe 4, angeordnet, die im Bedarfsfall von der Rückseite her durch eine Lichtquelle 8 beleuchtbar ist.
Um ein dem Durchmesser des Werkstücks 1 an der Meßstelle entsprechendes elektrisches Signal zu gewinnen, werden die Ausgangssignale 20, 20' der optoelektronischen Wandler 2, 2' bevorzugt einem Subtrahierglied 7 zugeleitet, das die Differenz der beiden Ausgangssignale 20, 20' bildet. Das gebildete Differenzsignal wird einer Recheneinheit 6 zugeleitet, der ebenfalls vom Linearmaßstab 3 die in Form von elektrischen Signalen vorliegenden Positionswerte der optoelektronischen Wandler 2, 2' zugeführt werden. Die Recheneinheit 6 ordnet diese Positionswerte den jeweils ermittelten Durchmesserwerten zu und läßt diese ggf. auf einer Ausgabeeinrichtung, z. B. einem Drucker oder einem Plotter, protokollieren.
In der Fertigungsmeßtechnik wird zweckmäßig so verfahren, daß bestimmte Sollwerte und Toleranzen eines bestimmten Wcrkstücks vorgegeben und in der Rccheneinheit 6 abgespeichert werden. Nach Abschluß des Meßvorgangs kann dann ohne weiteres festgestellt wer- den, ob das vermessende Werkstück dicsen Werten voll entspricht, oder als Ausschuß ausgesondert werden muß. Besonders bei hochwertigen Werkstücken dient das während des Meßvorgangs automatisch erstellte Meßprotokoll als Nachweis für die Fertigungsqualität.
Anhand der vergrößerten Detaildarstellung der Fig. 3 wird noch deutlicher erkennbar, auf welche Weise die Ausgangssignale der optoelektronischen Wandler 2, 2' gewonnen und dem jeweiligen Durchmesserwert des Werkstücks 1 zugeordnet werden. In der Fig. 3 ist nur ein Teil des Werkstücks 1 mit unterschiedlichen abgestuften Durchmesserwerten D1, D2, D3 dargestellt.
Schematisch angedeutet sind die lichtempfindlichen Flächen der optoelektronischen Wandler 2, 2' in einer ersten Position in der Schnittebene 31 und in einer zweiten Position in der Schnittebene 32 liegend. In der Schnittebene 31, die ebenfalls wie die zweite Schnittebene 32 senkrecht zur bevorzugten Achse 30 des Werkstücks 1 geführt ist, wird ein größerer Bereich der lichtempfindlichen Flächen der optoelektronischen Wandler 2, 2' abgeschattet als in der Schnittebene 32, da in der Schnittebene 31 des Werkstücks 1 einen größeren Durchmesser D 1 aufweist. Der Linearmaßstab 3, der zur Feststellung der jeweiligen Position der optoelektronischen Wandler2, 2' dient, ist in der Fig. ebenfalls nur schematisch angedeutet.
Wie zuvor bereits beschrieben, wird durch Differenzbildung aus den Ausgangssignalen der optoelektronischen Wandler 2, 2' der jeweilige Durchmesserwert D 1 bzw. D 2 des Werkstücks 1 ermittelt und der Position X 1 bzw. X2 zugeordnet.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann der Meßvorgang noch dadurch beschleunigt werden, daß entlang des Linearmaßstabs 3 ortsfest eine größere Vielzahl von optoelektronischen Wandlern 2, 2' angeordnet sind, die gleichzeitig an bevorzugten markanten Stellen des Werkstücks 1, z. B. im Bereich von Durchmessersprüngen, die Durchmesserwerte ermitteln und entsprechend viele Meßwerte gleichzeitig an die Recheneinheit 6 weiterleiten.
Ein besonderer Vorteil dieses berührungslosen Meßverfahrens besteht in seiner hohen Flexibilität gegenüber unterschiedlichen Werkstückgeometrien. Ähnliche Werkstücke lassen sich durch geringfügige Änderung der in der Fig. nicht dargestellten Haltevorrichtung ohne größere mechanische Änderungen in der gleichen Vorrichtung vermessen, wobei noch eine bemerkenswert hohe Präzision erreicht wird.
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Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Vermessung von insbesondere rotationssymmetrischen Werkstücken, dadurch gekennzeichnet, daß optische Schnitte senkrecht zu einer bevorzugten Werkstückachse (30) auf mindestens zwei jeweils in der Schnittebene (31, 32) angeordnete optoelektronische Wandler (2, 2') abgebildet werden, und daß die Ausgangssignale der optoelektronischen Wandler (2, 2') der jeweiligen Position der parallel zur Achse (30) verschiebbar angeordneten optischen Wandler (2,2') zugeordnet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale (20, 20') der optoelektronischen Wandler (2, 2') und die diesen Signalen zugeordnete Position (X1 X2) der Wandler (2 2') in einem Meßprotokoll erfaßt werden.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichet durch mindestens zwei in einer Ebene senkrecht übereinander angeordnete, entlang eines Linearmaßstabs (3) verschiebbare optoelektronische Wandler (2, 2') mit im wesentlichen linienartigen, lichtempfindlichen Flächen, die ein Lichtsignal in ein elektrisches Signal umwandeln, und Auswertemittel (6, 7, 9) zur Verarbeitung der Ausgangssignale der optoelektronischen Wandler (2,2').
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der den optoelektronischen Wandlern (2, 2') abgewandten Seite des Werkstücks (1) ein Licht diffus streuendes bzw. reflektierendes optisches Element, z. B. eine Mattscheibe (4), angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertemittel (6, 7, 9,) aus einem Subtrahierglied (7), einer Recheneinheit (6) und einer Protokolliereinheit (9) bestehen.