DE3510644A1

DE3510644A1 - METHOD FOR MEASURING PARTICULAR ROTATION-SYMMETRICAL WORKPIECES

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: EP0229076A1; WO1986005583A1

Abstract

The disclosure includes also an apparatus to carry out the process. Optical cuts which run perpendicular to a preferred axis (30) of the workpiece, are presented on the light sensitive surfaces of at least two optoelectronic transformers (2, 2'). Owing to the forming of differences in the electrical exit signals (20, 20') of these optoelectronic transformer in a substracter (7) an exit signal is obtained which corresponds to the respective diameter of the workpiece (1). This signal is transmitted to a computer unit (6). To this computer unit (6) is likewise transmitted a corresponding exit signal which comes from a linear scale (3) and which corresponds to the position of the optoelectronic transformers (2, 2'). Defective workpieces (1) can be selected out through comparison with previously stored desired values.

Description

Beschreibung description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermessung von insbesondere rotationssymmetrischen Werkstükken. The invention relates to a method for measuring in particular rotationally symmetrical workpieces.

Dieses Verfahren wird bevorzugt in der Fertigungsmeßtechnik zur Überprüfung von in Serie hergestellten Werkstücken, wie beispielsweise Kurbelwellen und/ oder Achsen eingesetzt. This method is preferred for checking in production metrology of workpieces produced in series, such as crankshafts and / or Axes used.

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. For the measurement of such workpieces are also already contactless working pneumatic method known, but in which in a disadvantageous manner Nozzle elements for applying air to the workpiece surface to be measured in must be brought in the immediate vicinity of the workpiece. In addition, is a comparatively high effort required to generate the compressed air.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wesentlich vereinfachtes Verfahren zur Vermessung von Werkstücken und eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben. The invention is based on the object of a significantly simplified Method for measuring workpieces and a suitable device for carrying it out to indicate this procedure.

Ein Verfahren zur Lösung dieser Aufgabe geht aus Anspruch 1 hervor. Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens sind in den Unteransprüchen genannt. A method for solving this problem emerges from claim 1. Devices for performing the method are mentioned in the subclaims.

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. The invention is explained in more detail below with reference to the drawings explained. 1 shows a plan view of a device for implementation the procedure; Fig. 2: a side view of the device; Fig. 3: an enlarged Representation of parts of the device according to FIG. 1 to explain the measuring method.

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. 1 shows a device in a schematic representation for carrying out the method according to the invention. A workpiece to be measured 1, e.g. B. one equipped along the axis 30 with different diameters D 1, D 2 Shaft 1. is fixed for the measuring process in a holder (not shown). Running parallel to the preferred axis 30 of the workpiece 1 is also a linear scale intended. The diameter values of the workpiece and their position along the preferred axis, including in relation to the linear scale 3 must be checked. To do this, optical cuts are made perpendicular to a preferred workpiece axis, for example to axis 30 or perpendicular to a Upper or lower edge of the workpiece 1 to at least two optoelectronic converters 2, 2 'shown, which are arranged to be movable along the linear scale 3. as Optoelectronic converters are expediently used with semiconductor cameras whose im essential linearly extending light receiving surfaces arranged in the cutting plane are. Depending on the shading of the light-sensitive surfaces of the optoelectronic Converters 2, 2 'through the contours of the workpiece 1 to be measured deliver the optoelectronic Converter 2, 2 'electrical output signals, which after suitable combination, z. B. after forming the difference, directly the diameter value of the workpiece 1 at the respective Measurement position of the optoelectronic transducer are proportional. The one from the output signals the diameter values determined by the optoelectronic transducers 2, 2 'can be conveyed by means of of the linear scale 3 clearly shows the respective position of the optoelectronic converter 2, 2 'assign, so that ultimately because of the fixed arrangement of the to be measured Workpiece 1 in the measuring arrangement a clear relationship between a measured Diameter value and the distance of this diameter range of the workpiece 1 from The beginning of the workpiece 1 exists.

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. In order to optimize the optical imaging conditions is behind the workpiece 1 to be measured has a diffusely scattering or reflective optical Element, e.g. B. a ground glass 4, arranged, if necessary from the rear can be illuminated by a light source 8.

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. To a corresponding to the diameter of the workpiece 1 at the measuring point To win an electrical signal, the output signals 20, 20 'of the optoelectronic Converter 2, 2 'preferably fed to a subtracter 7, which is the difference between the two output signals 20, 20 'forms. The difference signal formed becomes one Computing unit 6 supplied, which is also from the linear scale 3 in the form of electrical Signals present position values of the optoelectronic converter 2, 2 'supplied will. The arithmetic unit 6 assigns these position values to those determined in each case Diameter values and allows them to be displayed on an output device, e.g. B. a Printer or a plotter.

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. In production metrology, it is expedient to proceed in such a way that certain Setpoints and tolerances of a specific workpiece are specified and stored in the calculating unit 6 can be saved. After the measurement process has been completed, it can then be determined without further ado who- whether the workpiece to be measured fully corresponds to these values, or to be discarded as scrap. Especially with high-quality workpieces the measurement protocol automatically generated during the measurement process serves as evidence for manufacturing quality.

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. The enlarged detailed illustration in FIG. 3 makes it even clearer recognizable in which way the output signals of the optoelectronic converter 2, 2 'obtained and assigned to the respective diameter value of the workpiece 1. In Fig. 3 is only part of the workpiece 1 with different graded Diameter values D1, D2, D3 are shown.

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. The light-sensitive surfaces of the optoelectronic are indicated schematically Converter 2, 2 'in a first position in the cutting plane 31 and in a second position Position lying in the cutting plane 32. In the cutting plane 31, which is also like the second cutting plane 32 is guided perpendicular to the preferred axis 30 of the workpiece 1 is, a larger area of the photosensitive surfaces of the optoelectronic Transducer 2, 2 'is shaded as in the cutting plane 32, since in the cutting plane 31 of the workpiece 1 has a larger diameter D 1. The linear scale 3, the is used to determine the respective position of the optoelectronic transducers2, 2 ', is also only indicated schematically in the figure.

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. As already described above, by forming the difference from the Output signals of the optoelectronic converter 2, 2 'the respective diameter value D 1 or D 2 of workpiece 1 is determined and assigned to position X 1 or X2.

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. In an advantageous development of the invention, the measuring process are still accelerated by the fact that a stationary along the linear scale 3 larger plurality of optoelectronic transducers 2, 2 'are arranged, which at the same time at preferred prominent points of the workpiece 1, z. B. in the area of jumps in diameter, determine the diameter values and send a corresponding number of measured values to the Forward computing unit 6.

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. There is a particular advantage of this non-contact measuring method in its high flexibility in relation to different workpiece geometries. Similar Workpieces can be changed by slightly changing those not shown in the figure Holding device without major mechanical changes in the same device measured, whereby a remarkably high precision is still achieved.

- Leerseite -- blank page -

Claims

Claims 1. A method for measuring, in particular, rotationally symmetrical ones Workpieces, characterized in that optical cuts perpendicular to a preferred Workpiece axis (30) on at least two each arranged in the cutting plane (31, 32) optoelectronic transducers (2, 2 ') are mapped, and that the output signals the optoelectronic converter (2, 2 ') of the respective position of the parallel to Axis (30) displaceably arranged optical converters (2, 2 ') are assigned.

2. The method according to claim 1, characterized in that the output signals (20, 20 ') of the optoelectronic converter (2, 2') and the signals assigned to these Position (X1 X2) of the transducers (2 2 ') can be recorded in a measurement protocol.

3. Device for performing the method according to the claims 1 and 2, marked by at least two in a plane vertically one above the other arranged optoelectronic transducers displaceable along a linear scale (3) (2, 2 ') with essentially line-like, light-sensitive surfaces that emit a light signal convert into an electrical signal, and evaluation means (6, 7, 9) for processing the output signals of the optoelectronic converter (2, 2 ').

4. Apparatus according to claim 3, characterized in that on the the side of the workpiece (1) facing away from the optoelectronic transducers (2, 2 ') Light diffusely scattering or reflective optical element, z. B. a screen (4), is arranged.

5. Device according to one of claims 3 and 4, characterized in that that the evaluation means (6, 7, 9,) from a subtracter (7), a computing unit (6) and a logging unit (9) exist.