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Meßanordnung zur Erfassung der Ist-Lage und der Topo-
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graphie eines rotierenden Schleifkörpere Die Erfindung betrifft Schleifmaschinen
für die Herstellung von Zahnrädern hoher Verzahnungequalität* insbesondere Zahnflankenschleifmeschinen
mit Doppelkegelschleitkbrpernv Das Schleifen von Verzahnungen hoher Qualität bedingt
den Einsatz von Schleifkörpern mit einer optimalen Oberflächenstruktur (Topographie1
sowie einer hohen Maßhaltigkeit und Lagestabilität.
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Oberflächenstruktur und Maßhaltigkeit der Schleifkörper sind in wesentlichen
abhängig von den technologischen Abrtchtbedingungen, insbesondere von der Abrichtzustellung,
von den Abrichtvorschub und der Eingriffsbreite des Abrichtwerkzeuges.
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Während die Abrichtzustellung und der Abrichtvorschub entsprechend
der vorgenommenen Einstellung als konstant anzusehen sind, verändert sich die Eingriffsbreite
des Abrichtwerkzeuges infolge seines Verschleißes. Das hat zur Folge, daß sich mit
zunehmendem Verschleiß des Abrichtwerkzeuges die Topographie des Schleifkörpers
beim Abrichten ändert. Zusätzlich ändert sich die Lage des Schleifkörpers zur Abrichteinrichtung
durch thermische Einflüsse.
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ul gezielt und rechtzeitig Maßnahmen zur Kompensation des Verschleißes
des Abrichtwerkzeuges und der thermischen Verlagerung an der Maschine vorzunehien
und somit einer unzulässigen Minderung der Verzahnungsqualität vorzubeugen. ist
es erforderlich, periodisch Kennwerte des Schleifkörpers zu erfassen, die unmittelbar
Rückschlüsse auf dessen tatsächliche und augenblickliche Topographie ermöglichen.
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Andererseits können nur wirksame und zielgerichtete Kompensationsmaßnahmen
durchgeführt werden, wenn gleichzeitig Lageveränderungen des Schleifkorpers erfaßt
werden.
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Bekannt ist nach der DE-PS 32 13 047 eine Einrichtung zu Kompensieren
der Abnutzung eines Abrichtwerkzeuges* Mit Hilfe von Tastern wird hierbei die Differenz
zwischen dem Abrichtbetrag und dem Nachstellbetrag des Schleifkörpers gemessen,
um somit die Abnutzung der Abrichtwerkzeuge zu kompensieren.
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Weiterhin sind nach der DE-OS 31 95 678 und der DE-OS 22 46 575 Lösungen
bekannt, die zum Positionieren des Schleifkörpers berührungslose Teetsysteme vorsehen,
die unter Verwendung druckbeaufschlagter Medien arbeiten.
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Alle diese genannten Test systeme haben den wesentlichen Nachteil
daß sich mit ihnen keine Kennwerte erfassen lassen, die Rückschlüsse auf die augenblickliche
Topographit der Schleifkörper ermöglichene Dadurch ist es nicht möglich, eine optimale
Topographie des Schleifkörpers zu gewährleisten und/oder den Zeitpunkt zu erfassen,
wann das Abrichtwerkzeug unzulässig verschlissen ist. Desweiteren ist bei diesen
Taatsystemen nachteilig, daß ihnen eine Schalthysterese eigen ist; so daß zur genauen
Erfassung der Position des Schleifkörpers diese stets nur aus einer Richtung angefahren
werden können, Weiterhin ist nach der DE-OS 30 29 130 bekannt, einen Taster unter
Einbeziehung einer CCD-Zeilenkamera mit rechenelektronischer Auswertung zur Erfassung
der Oberflächenrauhigkeit eines Schleifkörpers einzusetzen.
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Ein Nachteil dieser Einrichtung ist es, daß die Auflösung von deren
technologisch bedingten Mindestabmeesungen der fotographischen Sensoren abhängt
und damit eine Erhöhung des Auflösungsvermögens nur über eine optische Vergrößerung
erreichbar ist. Mit der optischen Vergrößerung treten weitere Nachteile ein, wie
durch die Länge der optischen Achsen bedingte erhöhte thermische Beeinflußbar keit
und Erhöhung des Aufwandes zum Schutze der Meßeinrichtung gegen Kühlschmierflüssigkeit.
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Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Auswertung der Lichtinformation
sequentiell erfolgt. Damit steht keine Möglichkeit der topographischen Bewertung
eines rotierenden Schleifkörpers zur Verfügung.
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Die dieser Einrichtung anhaftenden Nachteile gestatten es nicht, eine
gleichzeitige Meßwerterfassung hinsichtlich der Lage und Topographie eines rotierenden
Schleifkörpers entsprechend der Aufgabenstellung vorzunehmen.
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Weiterhin ist die EP-Anmeldung O 045 380 bekannt, in der über einen
Weggeber, der entsprechend den Unebenheiten des ab;#utastenden Schleifkörpers pulsierende
Signale liefert, die Oberflächenbeschaffenheit ermittelt wird Diese Information
dient der Bestimmung des Zeitpunktes zum Abrichten sowie der Bestimmung der Häufigkeit
und des Betrages der Nachstellungen des Schleifkörpers zum Abrichten.
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Nachteilig bei dieser und allen anderen bekannten Lösungen ist, daß
die Meßtaster bzw. Weggeber durch ihre Anordnung zum Schleifkörper thermischen Verlagerungen
unterliegen, so daß keine bzw. nur eine fehlerbehaftete Lageerfassung des Schleifkörpers
möglich ist.
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In allen bekannten Lösungen ist nicht aufgezeigt, wie durch die ermittelten
Meßgrößen Maschinenfunktionen, bezogen auf die Schleifecheibe und/oder das Werkstück,
derart gesteuert werden, daß eine höhere Verzahnungequalität der zu schleif enden
Zahnräder und eine Veränderung der Abrichttechnologie zur Optimierung des Schnittprozesses
erreicht wird.
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Ziel der Erfindung ist es, Ist-Lage und Topographie eines rotierenden
Schleifkörpers zu erfassen u eine hohe Verzahnungequalität der Werkstücke zu erreichen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßeinrichtung so anzuordnen,
daß störende Einflüsse bei der Meßwerterfassung-. insbesondere die thermische Beeinflussung,
weitestgehend reduziert werden und die es er.
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öglicht, nit geringem Aufwand die Ist-Lage und die Topographie eines
rotierenden Schleifkörpers mit hoher Genauigkeit
zu erfassen und
die ermittelten Meßwerte zur Positionierung des Abrichters (des Abrichtwerkzeuges)
sowie des schleifkörpere und damit zur Wiederherstellung der Ist-Lage und der Topographie
des Schleifkörpers und zur Steuerung einer NC-Werkstückpositionierung zu nutzen.
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Erfindungsgeiäß wird die Aufgabe dadurch gelost, daß verformbare Piezo-Wandler
mit den Schleifkörper abtastenden Stirn - und Seitendiaianttastern versehen und
in einer Halterung innerhalb einer zum Schleifkörper thermisch neutralen Zone, im
Bereich des Schnittpunktes der Tangentialführung und der Radialführung des Hubschlittens
oder im Bereich oberhalb des Drehteiles, angeordnet sind und daß ein der Verformung
des Piezo-Wendlers proportionales Signal des Schleifkörpers, in Abhängigkeit von
seiner Drehzahl und der Höhe und der Anzahl der topographischen Punkte, erzeugt
wird und an einer ersten, zweiten und dritten Recheneinheit anliegt.
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Zum schleifkörper sind ein Stirndiamanttaster und ein oder auch zwei
Seitendiamanttaster angeordnet. Die Seitendiananttaster können um 900 versetzt zum
Stirndiamant taster angeordnet sein.
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Die von einer ersten, zweiten und dritten Recheneinheit ausgehenden
Signale werden wahlweise einem ersten. zweiten und dritten Positionierantrieb als
stellgröße zur Steuerung des schleifkörpers bzw. eines Abrichten zugeführt.
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Die von einer ersten, zweiten und dritten Recheneinheit ausgehenden
Signale werden als Stellgröße einer NC-Werkstückpositionierung zugeführt.
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Anstelle eines Piezo-Wandlers kann wahlweise ein elektrodynamischer
Wandler eingesetzt werden.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung sind darin zu sehen, daß
mit der angegebenen Meßeinrichtung elektrische Signale erzeugt werden können hinsichtlich
der Erfassung der Lage und der Topographie eines rotierenden Schleifkörpers. Bei
der Auswertung der Signale wird davon ausgegangen, daß die Drehzahl des schleifkörpers
bekannt ist.
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Bei einer Beruhrung des Meßtasters mit dem rotierenden
Schleifkörper
entsteht dann ein Signal it der Freb.n quenz f 1 Hierbei ist b die Anzahl der Berührungen
Je Umdrehung und n die Anzahl der Umdrehungen in der Minute des Schleifkörpers.
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Bei Beginn der Berührung. z.B. mit nur einem Kontaktpunkt, wird somit
eine typische untere Frequenz erzeugt, die mit zunehmender Anzahl der Berührungspunkte
bis zu einer oberen Grenzfrequenz steigt.
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Diese ird bestimmt durch die Oberflächenstruktur (Topographie) des
Schleifkörpers und den Spitzen radius des Tasters sowie durch die Um fangsgeschwindigkeit
des Schleifkörpers in der Berührungszone Verwendet man als Meßwandler ein Element
welches den Piezo-Effekt ausnutzt, so steht über die Frequenz des Signals eine Information
über die Berührungshäufigkeit und über die Signalgröße eine Information über die
Auslenkungsamplitude zur Verfügung. Die signalgröße wird bestimmt durch die Deformation
des Piezo-Elementes.
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Dieses Signal ist mit Verstärkern in beliebiger Größe auswertbar.
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Durch die Anordnung der Meßeinrichtung in der thermisch neutralen
Zone können die Meßergebnisse derart genutzt werden, daß über NC-Achsen der Maschine
sowohl die Lage des Schleifscheibenprofils und/oder des Werkstfickes, als auch über
NC-Achsen des Abrichters die Topographie der Schleifecheibe zielgerichtet verändert
wird.
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Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher
erläutert werden.
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In der zugehörigen Zeichnung zeigen: Fig. 1 : Draufsicht auf den Hub-
und Schleifschlitten mit Anordnung der Piezo-Wandler Fig. 2 : Schnitt A-A nach Fig.
1 Fig. 3 : Besondere Ausführungsform der Anordnung der Piezo-Wandler zu einer vertikalen
und horizontalen Schlitteneinheit
Fig. 4 : Ansicht X nach Fig. 3
Im Ausführungsbeispiel ist der Schleifkörper 1 im Schleifschlitten 2 mittels einer
Schleifspindel 3 gelagert, wobei der Schleifechlitten 2 innerhalb des Hubschlitten
4 angeordnet ist. Der Hubschlitten 4 ist mit eine bekannten und nicht näher dargestellten
Hydraulikzylinder verbunden, der sich entlang einer Kolbenstange 5, die im Drehteil
6 befestigt ist, vertikal bewegen kann. Der Hubschlitten 4 ist im Drehteil 6 geführt.
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Der Schleifechlitten 2 kann gegenüber den Hubschlitten 4 mittels des
als NC-Achse ausgebildeten Positionierentriebes 7 senkrecht zur Hubrichtung bewegt
werden.
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Vorzugsweise im Schnittpunkt S der Tangentialführung 8 und der Radialführungen
9 des Hubschlittens 4 oder im Bereich oberhalb des Drehteiles 6 ist eine Halterung
10 drehbar angeordnet, wobei die Drehbewegung über den Hydraulikzylinder 11 und
eine als Zahnstange ausgebildete Kolbenstange 12 erfolgt. An der Halterung 10 sind
ein Ritzel 13 sowie Piezo-Wandler 14 angeordnet, wobei in den Piezo-Wandler 14 ein
Stirndiamanttaster 15 und ein Seitendiamanttaster 16 angebracht sind. Die Piezo-Wandler
14 sind über einen Verstärker 17 und eine Recheneinheit 18 mit den Positionierantrieb
7 verbunden.
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Bei einer weiteren nicht näher dargestellten Ausführungeform sind
zwei Seitendiamanttaster 16 angeordnet.
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Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Lösung ist wie folgt: Zur
@berprüfung der Lage des Schleifkörpers 1 in radialer Richtung und zur Ermittlung
der Topographie der Stirnfläche des Schleifkörpers 1 wird der Schleifechlitten 2
über den Positionierantrieb 7 zu. Stirndiamanttaster 15 von der Schleifposition
I zur Meßposition II geführt. Dabei entsprechen die Positionen I' und II' dem max.
Schleifkörperdurchmesser und die Positionen I'' und II## dem min. Schleifkörperdurchmesser.
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Bei Beginn der Berührung mit den Stirndiaaanttaster 15 erfolgt die
Deformation des zugehörigen Piezo-Wandlere 14.
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Die Spannung des Piezo-Wandlers 14 wird im Verstärker 17 verstärkt
und der Recheneinheit 18 zugeführt. Die Recheneinheit
18 bewertet
in geeigneter Weise Frequenz und -Signalamplitude zur Ermittlung der Topographie
des Schleifkörpers 1, wobei gleichzeitig die Istposition des Schletfkörpers 1 gegenüber
eine Sollwert vertichen wird.
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In Abhängigkeit vom Verschleiß der Abrichtwerkzeuge anl dert sich
die Topographie des Schleifkörpers 1 bei gleichbleibenden Abrichtbedingungen. Eine
daraus resultierende Anderung der Frequenz und der Signalamplitude sind ein Maß
für den Verschleiß der Abrichtwerkzeuge. Bei Erreichen eines definierten Schwellwertes
ergibt sich die Notwendigkeit des Drehens bzw. Wechselns des Abrichtwerkzeuges oder
einer entsprechenden Korrektur der technologischen Abrichtbedingungen.
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Der Poftionisrantrieb 7 kann in bekannter Weise den Positionsfehler
des Schleifkörpers 1 korrigieren.
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Zur Ermittlung der axialen Verlagerung des Schleifkörpers 1 und zur
Ermittlung der Topographie der für den Schleifprozoß relevanten Kegelmentelfläche
des Schleifkörpers 1 wird der Seitendiamanttaster 16 durch Schwenken der Halterung
10 in Meßposition gebracht. Die axiale Verlagerung des Schleifkörpers 1 ergibt sich
durch einen Soll-Ist-Wert#Vergleich der Position des Schleifkörpers 1 in radialer
Richtung. Dabei ist der Betrag der axialen Verlagerung vom Winkel des Kegelmantels
abhängig.
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Bei der Ausführungsform mit zwei Seitendiamanttastern 16 erübrigt
sich ein Schwenken der Halterung 10.
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Bei einem weiteren Ausführun'gsbeispiel nach Fig. 3 ist die Halterung
10 am Vertikalechlitten 19* der einen als NC-Achse ausgebildeten Positionierantrieb
20 aufweist, befestigt.
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Der Vertikalschlitten 19 ist auf einen Horizontalechlitten 21 angeordnet,
der über einen NC-gesteuerten Positionierantrieb 22 angetrieben wird und auf dem
Drehteil 6 befestigt ist.
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An der Halterung 10 sind ein Stirndiamanttaster 15 und ein Seitendiaianttaster
16 angeordnet, die mit Piezo-Wandlern 14 verbunden sind.
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Dabei kann der Seitendiamanttaster 16 in der Ebene des
Stirndiamanttaster
16 um 900 versetzt zum Stirndiamanttaster 15 angeordnet sein.
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Eine weitere nicht näher dargestellte Ausführungsform weist zwei Seitendiamanttaster
16 auf.
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Der Piezo-Wandler 14 des Stirndiamanttasters 16 ist über den Verstärker
23 und der Recheneinheit 24 mit dem Positionierantrieb 20 verbunden und der Piezo-Wandler
14 des Seitendi@manttasters 16 ist über den Verstärker 26 und der Recheneinheit
26 mit dem Positionierantrieb 20 und dem Positionierantrieb 22 gekoppelt.
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Die Wirkungsweise dieser Ausfohrungsfora ist wie folgt: Der Hubschlitten
4 wird in seiner oberen Totpunktlage positioniert. Unter Berücksichtigung der durch
den Abrichtprozeß erfolgten Verringerung des Durchmessers des Schleifkörpers 1 wird
über den Positionierantrieb 20 der Stirndiamanttaster 15 zum Schleifkörper 1 bewegt.
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In der bereits beschriebenen Art und Weise erfolgen S4gnalgebung über
den Piezo-Wandler 14 und Rückkopplung über Verstärker 23, Recheneinheit 24 zum NC-gesteuerten
Positionierantrieb 20. Zur Messung der Kegelmantelfläche des Schleifkörpers 1 wird
der Seitendiamanttaster 16 durch den Positionierantrieb 20 in seine vertikale Meßposition
gebracht. Durch den Positionierentrieb 22 erfolgt die Bewegung zur axialen Meßposition.
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Beim Messen der Kegelmantelfläche ist eine axiale Verlagerung des
Schleifkörpers 1 nach den Abrichten nicht nachweisbar, da das Abrichtelement und
der Seitendiamenttaster 16 auf dem-selben Vertikalschlitten 19 ontiert sind.
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Unter Nutzung des Positionierantriebes 7 des Schleifschlittens 2 kann
daher zur Oberprüfung der Axialverlagerung des Schleifkörpers 1 der Seitendiamanttaster
16 an die Stirn fläche des Schleifkörpers 1 oder der Schleifspindel 3 herangeführt
werden. Diese Oberprüfung ist dann möglich, wenn der Seitendiamanttaster 16 um 900
versetzt zum Stirndiamanttaster 15 angeordnet ist.
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Mit den ermittelten Meßwerten können sowohl über die W-gesteuerten
Positionierantriebe 7, 20 und 22, aber auch
über nicht näher dargestellte
NC-gesteuerte Positionierachsen eines Werkstückantriebes Korrekturen der Fehleranteile
durchgeführt werden.
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Durch Variation der Verfahrgeschwindigkeit der Positionierantriebe
20 und 22 kann die Topographie des Schleifkörper 1 im Abrichtprozeß zielgerichtet
verändert werden, wenn der ermittelte Meßwert nicht dem technologischen Sollwert
entspricht.
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Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen 1 - Schleifkörper 2 - Schleifechlitten
3 - Schleifepindel 4 - Hubschlitten 5 - Kolbenstange 6 - Drehteil 7 - Positionierantrieb
8 - Tangentialführung 9 - Radialführung 10 - Halterung 11 - Hydraulikzylinder 12
- Kolbenstange 13 - Ritzel 14 - Piezo-Wandler 15 - Stirndiamanttaster 16 - Seitendiamanttaster
17 - Verstärker 18 - Recheneinheit 19 - Vertikalschlitten 20 - Positionierantrieb
21 - Horizontalschlitten 22 - Positionierantrieb 23 - Verstärker 24 - Recheneinheit
26 - Verstärker 26 - Recheneinheit S - Schnittpunkt der Tangential- und Radialführung
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