DE3608696A1 - Messgeraet zum pruefen von rundheitsabweichungen, laengenmassen und vorgegebenen nicht kreisfoermigen konturen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Messgerät zum Prüfen von: 1. Rundheitsabweichungen 2. von vorgegebenen, nicht kreisförmigen Konturen (insbesondere Zahnradkonturen) 3. Längenmassen in zwei Achsen

Der auf dem zu prüfenden Werkstück (Pos. 8) aufliegen­ de Taststift (Pos. 7) ist fest mit dem Translations­ schlitten (Pos. 11) verbunden. Der Antastdruck ist durch die in Z Richtung bewegten Massen bestimmt. Durch eine Feder mit linearer Kennlinie, ein Gegen­ gewicht über Umlenkrolle oder durch pneumatisch be­ stimmten Ausgleich kann der Antastdruck verändert wer­ den. Dies ist immer dann nötig, wenn für den zugehöri­ gen Taststiftquerschnitt (abhängig von dem Antastkugel­ durchmesser) eine bestimmte Durchbiegung überschritten wird. Bei relativ kurzen Taststiftlängen sind normaler­ weise auch die Durchbiegungen sehr gering.

Das zu prüfende Werkstück (Pos. 8) ist auf dem Rund­ tisch (Pos. 9) zentriert, so dass bei Rotation des Rundtisches (Pos. 9) eine Wegänderung des Tranlations­ schlittens (Pos. 11) immer dann entsteht, wenn die Form des zu prüfenden Werkstückes (Pos. 8) von der ei­ nes Kreises abweicht.

Die Abfrage der Länge am Längenmasstab (Pos. 4) wird vom Winkelschrittgeber (Pos. 10) veranlasst. Die nöti­ gen Daten, Winkelinformation und zugehörige Längenin­ formationen in Richtung der X- und der Z-Achse werden zunächst als vorläufige IST-Datei im angeschlossenen Rechner abgelegt. Die Längeninformation in X-Richtung hat rein informativen Charakter; sie gibt an, welcher "Schnitt" des Prüflings gemessen wurde.

Das Gehäuse (Pos. 1) dient zur Aufnahme der Linear­ führungen in X- und Z-Richtung (Pos. 2 und 6), sowie zur Aufnahme der Längenmasstäbe (Pos. 4 und 5) und des motorisch angetriebenen Rundtisches mit Winkel­ schrittgeber (Pos. 9 und 10).

Die Linearführungen (Pos. 6 und 12) können als Kugel­ führungen realisiert werden.

Stand der Technik

Es ist bekannt, dass zur Erfüllung dieser Aufgaben, nämlich der Messung von Rundheitsabweichung, Längen­ messung und Messung von Zahnflankenformen bereits Ge­ räte entwickelt wurden. Ein Messgerät zur Messung von Zahnflankenform wurde unter der Veröffentlichnummer DE 29 52 497 C2 beschrieben. Weiterhin ist bekannt, dass es möglich ist die Zahnform auf Dreikoordinaten­ messgeräten nachzuprüfen.

Kritik des Standes der Technik

Die bis jetzt bekannten Verfahren und Geräte setzen einen höheren Aufwand an mechanischen Bauteilen vor­ aus. Die Dreikoordinatenmessgeräte sind meist weit ab der Produktionsstätte aufgestellt. Ein direkter Ein­ griff in die Fertigung aufgrund von Messergebnissen ist damit in den meisten Fällen nicht gewährleistet, da bei Produktionen höherer Stückzahlen (besonders im Bereich der Pulvermetallurgie) eine ständige Über­ wachung der Produktion erfordert, dass in regelmäßigen Abständen Stichproben entnommen werden. Die regel­ mäßige Messung von Zahnrädern würde dann das aufwendi­ ge Dreikoordinatenmessgerät derart blockieren, dass andere Messungen, für die das Dreikoordinatenmessge­ rät besser geeignet wäre, nicht durchgeführt werden können. Das Messgerät beschrieben unter dar Veröffent­ lichnummer DE 29 52 497 C2 ist mechanisch weitaus auf­ wendiger und dadurch teurer, umständlicher zu bedienen und konstruktionsbedingt auch langsamer.

Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein mechanisch einfacheres, somit preiswerteres und leichter zu bedie­ nendes Messgerät vorzustellen, das auch in der Nähe der Produktionsstätte eine sofortige Auswertung von Mess­ werten ermöglicht. Es soll auch möglich sein, in Ver­ bindung mit der Messung von Zahnflanken und Rundheits­ abweichungen, einfache Längen- und Lagemessungen durch­ zuführen.

Bestimmungen des Tastkugeldurchmessers

Zur Bestimmung des Tastkugeldurchmessers dient die Messung eines bekannten Durchmessers. Vorgeschlagen wird, den Durchmesser des Rundtisches (Pos. 9) zu be­ stimmen. Dieser Wert wird im Rechner abgespeichert. Die Differenz von tatsächlichem und durch Messung bestimm­ ten Durchmessers ergibt den Tastkugeldurchmesser. Es empfiehlt sich das Längenmessystem (Pos. 4) bei diesem Verfahren auch gleichzeitig auf Null zu setzen.

Messung von Rundheitsabweichungen

Das Werkstück wird zentrisch (zum Nullpunkt Rundtisch) aufgespannt. Während der Rundtisch (Pos. 9) rotiert, werden wie bereits beschrieben, die zugehörigen Längen­ änderungen am Längenmasstab (Pos. 4) aufgenommen und in der vorläufigen ISTWERT-Datei abgespeichert. Bei be­ kanntem Tastkugeldurchmesser werden die Längenänderun­ gen in Z-Richtung, die in der vorläufigen ISTWERT-Datei stehen, um den Tastkugeldurchmesser korrigiert. Man er­ hält somit den tatsächlichen Durchmesser. Optional kann das Verfahren zur Messung von Rundheitsabweichungen, beschrieben unter der Veröffentlichnummer 00 68 082, angewandt werden. Eine zentrische Ausrichtung des Werk­ stückes erübrigt sich damit.

Messung von nicht kreisförmigen Konturen

1. Meisterradmessung

Das zentrisch ausgerichtete Meisterrad wird wie folgt ausgerichtet:

Gemäss Fig.2 wird ein Zahn des Meisterrades gemessen. Markante Punkte für die Ausrichtung sind der erste und der letzte höchste Punkt der Messung. Für den Fall, dass nur ein höchster Punkt vorhanden ist, verläuft die Symmetrieachse durch diesen und den Nullpunkt.

Beide Punkte stehen mit Winkel- und zugehöriger Längen­ information in der AUSRICHTDATEI des angeschlossenen Rechners. Aus diesen zwei Punkten wird nun der Symmet­ riepunkt ermittelt. Die Symmetrieachse wird durch die­ sen Symmetriepunkt und den Nullpunkt definiert. Der Winkelschrittgeber wird im Symmetriepunkt auf Null ge­ setzt. Die nachfolgende Messung kann begonnen werden, wenn der Rundtisch die Position Null Grad erreicht hat. Die Messwerte werden in eine SOLL-WERT-Datei einge­ lassen, die der nachfolgenden SOLL-IST-Auswertung zu­ grunde liegt.

Anstelle eines Meisterrades kann auch eine Schablone (z.B. eines Zahnes) in beliebiger Vergrösserung ge­ messen werden. Es ist zu berücksichtigen, dass auch der Tastkugeldurchmesser im gleichen Masstab vergrös­ sert gewählt werden muss. Vor dem anschliessenden SOLL- IST-Vergleich muss eine Verkleinerung der SOLL-Daten erfolgen. Diese Aufgabe übernimmt ein Rechenprogramm. Der zentrisch ausgerichtete Prüfling wird analog aus­ gerichtet. In vorgegebenen Winkelschritten werden nun die Winkel- und Längeninformationen in eine ISTWERT- Datei eingelassen. Die anschliessende SOLL-IST-Aus­ wertung ergibt dann ohne weitere Umrechnung die Ab­ weichung in Z-Richtung.

2. Messung aufgrund vorgegebener Verzahnungsgeometrie

In diesem Fall entfällt die Messung des Meisterrades. Die tatsächlichen SOLL-Daten werden entweder manuell Punkt für Punkt in karthesichen oder Polarkoordinaten, über ein Eingabeprogramm, das ähnlich wie ein CAD-Pro­ gramm aufgebaut sein kann, oder über Datenträger in den Rechner eingelesen. Ein Rechnerprogramm übernimmt die Aufbereitung der Daten, so dass in der SOLL-Wert-Datei verarbeitungsgerecht Polarkoordinaten zur Verfügung stehen. Ein weiteres Rechenprogramm generiert die je­ weilige Steigung zu jedem Messpunkt. Durch den Tast­ kugeldurchmesser entsteht bei der Messung eine Ver­ fälschung der Z-Komponente um den Faktor -delta Z- (Fig. 3).

Der Faktor -delta Z- wird nun für jeden Messpunkt durch ein weiteres Rechenprogramm ermittelt. Die für den SOLL- IST-Vergleich nötige SOLL-WERT-Datei wird nun unter Be­ rücksichtigung von -delta Z- erstellt.

Feststellung von Längenmassen

Dadurch, dass an den Translationsschlitten beider Rich­ tungen Klemmungen vorgesehen sind, können auch einfache Längenmessungen und Lagemessungen durchgeführt werden.

Beispiel: Längenmessung in X-Richtung

Vom Rechner wird in diesem Fall nur das Längenmeßsystem in X-Richtung angesprochen. Der Translationsschlitten in Z-Richtung wird geklemmt, der Translationsschlitten in X-Richtung wird in Richtung +X bewegt, bis die Tast­ kugel die zu messende Fläche berührt. Nach Lösen der Klemmung in Z-Richtung kann der Translationsschlitten in Z-Richtung so verfahren werden, daß ein Berühren der Tastkugel der hinteren Fläche möglich wird. Jetzt kann wiederum ein Längenmass in X-Richtung abgefragt werden. Die Differenz der X-Werte entspricht dem Längenmass.

Beispiel: Parallelität zweier Flächen

Analog zur Längenmessung werden mehrere Punkte jeder Bezugsfläche angetastet. In diesem Fall benutzt man die Längeninformation in Z-Richtung zum Ermitteln der Winkel von zwei Flächen zueinander.

Auswertung

Je nach Ausstattung kann die Auswertung der Ergebnisse über Bildschirm, Drucker oder Plotter erfolgen. Alle Daten können auf externen Datenträgern (Disketten) ge­ sichert, und gegebenenfalls an anderem Ort ausgewertet werden.

Weitere Ausgestaltung der Erfindung

Die Zentrierung des Werkstückes kann durch Anbringen eines Kreuzschlittens auf dem Rundtisch erfolgen. Die Werkstückaufnahme befindet sich dann auf dem Kreuz­ schlitten. Nach Aufnahme des Umschlagfehlers in mehre­ ren Richtungen (90, 180, 270 und 360 Grad) kann Rich­ tung und Betrag der Exzentizität errechnet werden.

Ist der Kreuzschlitten motorisch angetrieben, dann kann die gewünschte Position automatisch angefahren werden. Ansonsten muss die Zentrierung manuell, evtl. mit Hilfe einer Skala oder Anzeige am Bildschirm durchgeführt werden.

Erzielbare Vorteile

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen ins­ besondere darin, dass mit einei mechanisch einfach auf­ gebauten Gerät mehrere verschiedenartige Messungen mit erheblicher Genauigkeit ausgeführt werden können. Die Messung und Auswertung kann vor Ort erfolgen; ein evtl. notwendiger Eingriff in die Fertigung kann sofort er­ folgen. Das Messgerät kann besonders wirkungsvoll nahe einer Produktionsstätte eingesetzt werden, die die Über­ wachung grosser Stückzahlen, mit evtl. nötiger stati­ stischer Auswertung, vor Ort erfordert.

Claims (17)

1. Das Messgerät ist dadurch gekennzeichnet, dass der auf dem Werkstück (Pos. 8) aufliegende und mit dem Trans­ lationsschlitten (Pos. 11) fest verbundene Taststift (Pos. 7) bei rotierendem Rundtisch (Pos. 9) immer dann eine Wegänderung entlang der Z-Achse erfährt, wenn die Form des Werkstückes von der eines Kreises abweicht. Das Prinzip beruht darauf, dass der Translationsschlit­ ten (Pos. 11) zwangsgeführt wird.

2. Die Aufnahme der Längen vom Längenmessystem (Pos. 4) und der zugehörigen Winkelinformation vom Winkelschritt­ geber (Pos. 10) werden von einem angeschlossenen Rechner gesteuert. Die anfallenden Daten werden in einer IST-WERT- Datei abgespeichert und später mit Hilfe eines Digital­ rechners ausgewertet.

3. Verfahren zur Feststellung von Rundheitsabweichungen und Durchmesserbestimmung gekennzeichnet dadurch, dass bei bekanntem Tastkugeldurchmesser und Nullpunkt des Werkstückes gemäss Anspruch 1, immer dann eine Wegände­ rung entlang der Z-Achse stattfindet, wenn die Form des Werkstückes von der eines Kreises abweicht. Die Aus­ wertung erfolgt gemäß Anspruch 2 aufgrund einer IST- WERT-Datei durch einen Digitalrechner.

4. Verfahren zur Bestimmung des unbekannten Tastkugeldurch­ messers gekennzeichnet dadurch, dass der bekannte Aus­ sendurchmesser des Rundtisches gemessen wird. Die Aus­ wertung der Werte ergibt den Tastkugeldurchmesser.

5. Verfahren zur Bestimmung des Nullpunktes in Z-Richtung, gekennzeichnet dadurch, dass aufgrund der Messung eines zentrischen Bezugselementes am Werkstück der Nullpunkt bestimmt wird. Die Nullstellung des Wegmeßsystems (Pos. 4) kann somit bestimmt werden.

6. Verfahren zur Nachprüfung von bekannten, nicht kreis­ förmigen Konturen bestimmt dadurch, dass die Abweichun­ gen in Z-Richtung in einer IST-WERT-Datei gespeichert werden und nach Umrechnen mit Hilfe einer Korrekturfor­ mel, mit den Werten in einer SOLLWERT-Datei verglichen werden. Die Differenzen stellen die Abweichungen dar.

7. Verfahren zum Messen von Längenänderungen gekenn­ zeichnet dadurch, dass die Wegmessysteme in X- und Z- Richtung einzeln abgefragt werden können. Die Dif­ ferenz aus zwei Punkten in einer Richtung ergibt die gesuchte Länge in einer bestimmten Richtung.

8. Verfahren zum Messen von der Lage zweier Flächen zu­ einander gekennzeichnet dadurch, dass aus Punkten ge­ mäß Anspruch 7 zwei Ausgleichsflächen errechnet werden. Über die Durchmesser und räumlichen Winkel kann die Lage der Flächen zueinander bestimmt werden.

9. Verfahren zum Messen des Nullpunktversatzes zweier Ele­ mente zueinander gekennzeichnet dadurch, dass nach Aus­ wertung der Messung beider Elemente jeweils der Null­ punkt des einzelnen Elements bestimmt wird. Der polare Versatz kann von einem Rechenprogramm ermittelt werden.

10. Verfahren zum Verändern der Auflagekraft des Taststif­ tes auf dem Werkstück gekennzeichnet dadurch, dass zur Veränderung der Kraft ein Gegengewicht über Umlenkrolle oder eine Feder mit linearer Kennlinie, der Gewichts­ kraft des Translationsschlittens (Pos. 11) entgegen­ wirken. Analog kann das Gegengewicht oder die Feder so angebracht werden, dass eine Erhöhung der Auflagekraft erfolgt.

11. Die linearen Führungen entlang der Translationsachsen sind gekennzeichnet dadurch, dass sie mechanisch oder pneumatisch ausgeführt werden können.

12. Die Translationsschlitten entlang der Achsen sind ge­ kennzeichnet dadurch, dass sie manuell oder motorisch gesteuert bewegt werden können.

13. Die Aufspannung des Prüflings ist gekennzeichnet da­ durch, dass sie mechanisch oder magnetisch ausgeführt werden kann.

14. Die Zentrierung des Prüflings ist gekennzeichnet da­ durch, dass sie manuell oder motorisch gesteuert er­ folgen kann. Die motorische Zentrierung erfolgt da­ durch, dass der Prüfling auf einen Kreuzschlitten, der auf dem Rundtisch aufgebracht ist, in zwei Achsen ver­ fahren werden kann. Der Verfahrweg wird durch ein Rechenprogramm ermittelt. Dem Rechenprogramm liegt die ermittelte Lage eines Be­ zugselementes zugrunde.

15. Beim Messen von nicht kreisförmigen Elementen kann eine zusätzliche Ausrichtung des Werkstückes in der Mess­ ebene erfolgen. Die Ausrichtung ist gekennzeichnet da­ durch, dass die Ausrichtgerade durch einen oder mehrere markante Punkte und den Nullpunkt bestimmt wird. Je nach Form der Kontur kann die Erhebung oder Vertiefung der Form einen oder mehrere "höchste" oder "tiefste" Punkte aufweisen. Beim Messablauf werden diese Punkte in eine ISTWERT-Datei geschrieben. Ein Rechnerprogramm sucht die Punkte aus der ISTWERT-Datei, errechnet den Symmet­ riepunkt der Erhebung oder Vertiefung und führt die Aus­ richtung wunschgemäss durch. In Fig. 2 ist dies anhand eines Beispiels zeichnerisch dargestellt. Der Ausricht­ vorgang kann separat oder während des eigentlichen Mess­ vorganges durchgeführt werden.

16. Erstellung von Solldaten aufgrund der Messung eines Meisterrades ist gekennzeichnet dadurch, dass die Mess­ werte des Meisterrades in eine SOLLWERT-Datei einge­ lesen werden, die für den SOLL-IST-Vergleich der nach­ folgenden Messungen als Grundlage dient. Gemäss An­ spruch 15 kann auch eine Ausrichtung erfolgen.

17. Erstellung der Solldaten aufgrund bekannter Kontur ist gekennzeichnet dadurch, dass Punkte entweder manuell oder über einen Datenträger in die SOLLWERT-Datei ein­ gegeben werden. Die Aufbereitung der Daten erfolgt über ein Rechenprogramm. Optional kann ein CAD-ähnliches An­ wenderprogramm die Eingabe einer Kontur mit Hilfe des Rechnerbildschirmes erleichtern.