DE3635446A1 - Verfahren zum messen verschiedener parameter von werkstuecken - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Messen von Durchmessern und/oder Rundheit in Abhängigkeit von der Länge von Werkstücken mittels eines Laser-Meßgerätes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiges Verfahren und eine derartige Einrichtung sind aus der DE-OS 29 27 410 bekannt. Bei diesem Meßverfahren wird ein Laser-Lichtbündel verwendet, das eine Messung von einer Seite des zylindrischen Werkstückes derart vorsieht, daß das Werkstück, in dem das Laser-Lichtbündel mit einer Mantellinie an seinem Umfang durchschneidet, senkrecht zur Längserstreckung des Lichtbündels bewegt wird. Die Intensität des am Empfänger ankommenden Lichtbündels ist ein Maß für die Rauhigkeit bzw. Welligkeit der Oberfläche in diesem Mantellinienbereich des Werkstücks. Damit wird bei einem bereits hinsichtlich seiner Rundheit überprüften Werkstück untersucht, ob vorgenommene Einstiche od. dgl. entsprechend einer Vorgabe angeordnet sind, die entsprechende Form haben, tief genug sind od. dgl. Auch dabei wird davon ausgegangen, daß diese Einstiche in jedem Fall rotationssymmetrisch sind, so daß lediglich eine Messung längs einer einzigen Mantellinie erforderlich ist. Der Ort der Messung längs des Werkstückes wird durch die Position einer Verschiebeeinrichtung in Form bspw. eines Glasmeßstabes bestimmt. Dies bedeutet eine dem Glasmeßstab entsprechende Meßgenauigkeit, die in vielen Fällen nicht ausreichend ist.

Es sind zwar Laser-Meßgeräte im Handel, die ein Laserstrahlband erzeugen, das dadurch gebildet ist, daß ein einzelner Laser-Lichtstrahl mit Hilfe eines Drehspiegels und einer Linse parallel verschoben wird, jedoch erfolgt dabei die Messung von rotationssymmetrischen Werkstücken in der Weise, daß die Messung an einer bestimmten Stelle des Werkzeuges in ruhendem Zustand erfolgt. Dabei wird die Messung unter Umständen an verschiedenen Stellen des Werkstücks, nachdem dieses verschoben worden ist, jedoch jeweils in ruhendem Zustand durchgeführt. Dies ist relativ umständlich, zeitraubend und für bspw. konische Werkstücke nicht einsetzbar. Eine Messung in Abhängigkeit der Länge des Werkstückes ist somit parktisch nicht möglich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem der Durchmesser und/oder die Rundheit eines Werkstückes in Abhängigkeit von der Länge bzw. dem jeweiligen Meßort längs des Werkstückes in einfacher und schneller Weise durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der genannten Art durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die Messung des Werkstückes von zwei Seiten und den Durchlauf mit zumindest bereichsweise konstanter Geschwindigkeit und durch die Erfassung des Anfangs des Werkstücks bzw. des gewünschten zu messenden Bereichs ist es möglich, die Messung von Durchmesser und/oder Rundheit am Werkstück in sehr kleinen Schritten und bezogen auf den jeweiligen Meßort, der dabei bestimmt wird, durchzuführen. Das Auflösevermögen bzw. Meßgenauigkeit ist dabei um ein Vielfaches höher als dies mit einem Vergleichsmaßstab möglich ist, so daß die Meßwertbestimmung in entsprechend kleinen Schritten im Bereich von 1/1000 mm vorgenommen werden kann. Somit können in einfacher Weise auch konische Bereiche von Werkstücken gemessen werden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert ist.

Es zeigt:

Fig. 1 in perspektivischer Darstellung ein Lasermeßgerät handelsüblicher Bauart,

Fig. 2 in schematischer und teilweise abgebrochener Vorderansicht eine Einrichtung zum Messen verschiedener Parameter von Werkstücken gemäß einem Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung unter Verwendung des Lasermeßgerätes nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Teildraufsicht gemäß Pfeil III der Fig. 2

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV der Fig. 2 und

Fig. 5 in vergrößerter Darstellung einen Schnitt längs der Linie V-V der Fig. 4.

Das Meßverfahren gemäß vorliegender Erfindung dient zum Messen verschiedener Parameter von Werkstücken, insbesondere von Durchmesser und Rundheit zylindrischer oder sonstiger rotationssymmetrischer Werkstücke und solcher Werkstücke, die rotationssymmetrische Teile aufweisen, über die Länge des Werkstückes bzw. von dessen zu messendem Bereich. Dadurch kann nicht nur eine Aussage über die Rundheit bzw. den Durchmesser und über die Länge des Werkstücks bzw. des Werkstückbereichs sondern auch über die Zuordnung von Rundheit bzw. Durchmesser zu einer bestimmten Länge bzw. Ort am Werkstück gemacht werden. Zur Durchführung des Verfahrens wird ein handelsübliches Lasermeßgerät 11 (sog. Laser-Scanner) verwendet, das einen Emitterteil 12 zum Aussenden eines Laserstrahlbandes 13 und einen Empfängerteil 14 hierfür aufweist. Emitterteil 12 und Empfängerteil 13 sind in axialer Flucht angeordnet und bspw. auf einer Platte 16 montiert, die im Raum 17 zwischen den beiden Teilen 12 und 14 für die bisher übliche ruhende Werkstückmessung eine Werkstückauflage 18 trägt. Das Lasermeßgerät 11 ist in nicht dargestellter Weise mit einem Netzanschluß-, Datenverarbeitungs- und Anzeigegerät einerseits und ggf. mit einem Plotter und/oder Drucker andererseits verbindbar. Im Emitterteil 12 wird ein einziger feiner Laserstrahl erzeugt, der zu einem polygonalen Drehspiegel geführt und von diesem reflektiert wird. Durch eine im Laserstrahlweg angeordnete Kollimatorlinse wird ein Laserstrahlband 13 erzeugt, das durch die so erfolgende Parallelverschiebung des Laserstrahles gebildet wird und eine bestimmte Breite B und die Dicke D des Lichtstrahles (ca. 2/10 mm) aufweist, welche letztere naturgemäß wesentlich kleiner als die Breite B ist. Bei diesem handelsüblichen Gerät ist die Lage des Laserstrahlbandes 13 derart, daß seine großflächige Ebene 19 senkrecht zur Werkstückauflage 18 verläuft. Die Messung des Durchmessers eines in das Laserstrahlband 13 senkrecht zu dessen Breite eingelegten und in einer bestimmten Position gehaltenen Werkstückes erfolgt dadurch, daß der Empfäger mißt, wie lange der Lichtstrahl von dem Werkstück unterbrochen ist. Diese Zeitdauer ist dem zu bestimmenden Maß (z.B. Durchmesser) proportional. Dabei wird pro Zeiteinheit (im ms-Bereich) eine Messung durchgeführt; diese Zeiteinheit ist einstellbar.

Die Messung von Durchmesser und Länge eines Werkstücks 21, bspw. eines in Fig. 4 dargestellten Ventils, das eine zylindrischen Zapfen 22 und einen konischen Ventilteller 23 aufweist, erfolgt in der Weise, daß das Werkstück 21 in Richtung seiner Längsachse bzw. der Längsachse seiner zu messenden Teile und in einer Richtung senkrecht zur großflächigen Ebene 19 des Laserstrahlbandes 13 eingebracht wird. In dieser Richtung wird das Werkstück 21 mit einer konstanten Geschwindigkeit durch das Laserstrahlband 13 bzw. durch dessen Dicke hindurch bewegt. In bevorzugter Weise wird das Werkstück 21 von seinem einen bis zu seinem anderen Ende vollständig durch das Laserstrahlband 13 hindurchbewegt. Bei dieser Bewegung des Werkstücks 21 durch das Laserstrahlband 13 hindurch werden sämtliche Bereiche des zu messenden Werkstücks 21 in Längsrichtung abschnittsweise gemessen, wobei aufgrund des Auflösungsvermögens und der Meßgenauigkeit die einzelnen gemessenen bzw. zu messenden Abschnitte eine axiale Länge von etwa 1/1000 mm aufweisen. Da der Beginn des Werkstücks 21 durch den Eintritt in das Laserstrahlband 13 erfassbar ist und da die konstante Geschwindigkeit definiert vorgegeben ist, kann jede Messung einer bestimmten axialen Stelle (Länge) am Werkstück 21 zugeordnet werden. Mit anderen Worten, nach Erfassen des in Bewegungsrichtung vorderen Endes des Werkstücks 21 kann aufgrund der ebenfalls gemessenen jeweils verstrichenen Zeit der zurückgelegte axiale Weg des Werkstücks 21 und damit der jeweilige Meßort am Werkstück 21 ermittelt werden. Dies erfolgt im wesentlichen mit Hilfe des Datenverarbeitungsgeräteteils. Mit Hilfe des Anzeigegeräts und auch mit Hilfe des Plotters und des Druckers können zu beliebigen Zeitpunkten die entsprechenden Meßwerte angezeigt werden; es ist aber auch möglich, die Meßwerte kontinuierlich bzw. in Schritten von 1/1000 mm über die gesamte Länge des Werkstücks 21 zu erfassen und aufzuzeichnen. Der Durchlauf der Werkstücke 21 mit konstanter Geschwindigkeit durch das Laserstrahlband 13 kann auch bei rotierender Bewegung des Werkstücks um seine Längsachse erfolgen, so daß zusätzlich dessen Rundheit gemessen werden kann. Die Geschwindigkeit des Werkstücks 21 kann eingestellt werden, je nachdem in welchem Abstand die einzelnen Meßpunkte über die Länge bestimmter Werkstück-Bereiche liegen sollen. Entsprechend wird auch die Größe Messung/Zeiteinheit gewählt.

In den Fig. 2 bis 5 ist ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel zur Durchführung des oben beschriebenen Meßverfahrens beschrieben, wobei ein eingangs genanntes Lasergerät 11 handelsüblicher Ausbildung Verwendung findet. Das Lasermeßgerät 11, bei dem bspw. die Werkstückauflage 18 entfernt ist, ist in einer um 90° gedrehten auf die eine Längsseite 24 gekippten Lage verwendet, wobei es mit seiner Platte 16 an einem vertikal verlaufenden Halter 26 befestigt ist. Die Lage des Lasermeßgerätes 11 ist dabei derart, daß die großflächige Ebene 19 des Laserstrahlbandes 13 in horizontaler Richtung verläuft. Unterhalb des Lasermeßgerätes 11 verläuft in einem gringen Abstand, ebenfalls in horizontaler Richtung und in Längsrichtung des Lasermeßgerätes 11 ein Förderband 27 zum Zuführen der zu prüfenden bzw. zu messenden Werkstücke 21.

An dem Halter 26, der in nicht dargestellter Weise ortsfest gehalten ist, ist ferner eine Handhabungsvorrichtung 25 für die Werkstücke 21 befestigt, welche Vorrichtung einen in senkrechter Richtung verlaufenden länglichen Meßtunnel 28 besitzt, der einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist. Der Meßtunnel 28 ragt mit seinem unteren Ende im Bereich des Laserstrahlbandes 13 in den Raum 17 zwischen dem Emitterteil 12 und dem Empfängerteil 14 des Lasermeßgerätes 11. Zum Durchtritt des Laserstrahlbandes 13 besitzt der Meßtunnel 28 in seinem unteren Bereich beidseitig horizontal verlaufende längliche Schlitze 29 (siehe Fig. 4). Der Meßtunnel 28 ist zur Erzielung einer Reinraummessung in einem oberen Bereich an seiner Rückseite mit einem angeflanschten Raumluft-Filter 31 versehen. Innerhalb des Meßtunnels 28 ist im oberen Bereich ein pneumatischer Zylinder 32 zwischen einer oberen Wand 33 und einer Zwischenwand 34 ortsfest gehalten. In den unteren Bereich des Meßtunnels 28 ragt eine vom pneumatischen Zylinder 32 angetriebene Kolbenstange 36, die hohl ist und an ihrem unteren Ende einen Saugteller 37 trägt. Oberhalb des Saugtellers 37 ist mit der Kolbenstange 36 eine Führungsplatte 38 starr verbunden, die an zwei parallelen Führungsstangen 39 geführt ist, welche zwischen der Zwischenwand 34 und einer unteren Wand 41 ortsfest gehalten sind.

Mit Hilfe des Saugtellers 37, der in einem Abstand oberhalb des Förderbandes 27 angeordnet ist, wird ein zu messendes Werkstück 21 erfasst und festgehalten und mit Hilfe des pneumatischen Antriebs 32 in den Meßtunnel 28 mit konstanter Geschwindigkeit eingezogen, wobei das zu messende Werkstück 21 das Laserstrahlband 13 in Richtung von dessen Dicke über seine gesamte Länge durchdringt. Die Meßeinrichtung 10 kann dabei derart sein, daß über die mit dem Lasermeßgerät 11 verbundene Anzeigevorrichtung ein Soll-/Istwertvergleich vorgenommen wird. Fällt dieser positiv aus, d. h. ist das zu messende Werkstück 21 innerhalb vorbestimmter Toleranzen, so wird es mit Hilfe des Saugtellers 37 wieder auf das Förderband 27 abgesetzt.

Ist das zu messende Werkstück 21 nicht innerhalb vorbestimmter Toleranzen, so wird das betreffende Werkstück 21 über eine Auswerfervorrichtung 46 seitlich aus dem Meßtunnel 28 ausgebracht. Die Auswerfervorrichtung 46 besitzt einen Hebelarm 47, der in seinem unteren Ende in einem Bereich nahe der unteren Wand 41 an einer Seite 48 des Meßtunnels 28 angelenkt ist. Der Hebelarm 47 besitzt an seinem freien Ende eine etwa senkrecht abstehende Rutsche 49, die durch eine Öffnung 51 in der Seitenwand 48 in den Meßtunnel 28 eindringen kann. Ist mit Hilfe der Meßeinrichtung 10 ermittelt, daß es sich bei dem gemessenen Werkstück 21 um ein "Ausschuß"-Werkstück handelt, wird nach Beendigung der Messung, also zu einem Zeitpunkt, in dem sich der Saugteller 37 mit dem Werkstück 21 in einer oberen Position befindet, der Hebelarm 47 mit der Rutsche 49 nach innen in den Meßtunnel 28 geschwenkt, so daß das Rutschenteil 49 unterhalb des gerade gemessenen Werkstücks 21 angeordnet ist. Die Saugvorrichtung für den Saugteller 37 wird danach ausgeschaltet und das "Ausschuß"-Werkstück wird über das Rutschenteil 49 und die Öffnung 51 nach außerhalb des Meßtunnels 28 (durch freien Fall) befördert. Die Auswerfervorrichtung 46 bzw. der Hebelarm 47 kehrt danach in seine Ausgangsstellung zurück, so daß der Saugteller 37 durch die Kolbenstange 36 wieder in seine untere Stellung zur Aufnahme eines weiteren Werkstücks 21 gefahren werden kann.

Es versteht sich, daß der Antrieb des Saugtellers 37 auch in anderer Weise als pneumatisch erfolgen kann, also bspw. mit Hilfe eines hydraulischen oder eines motorischen Antriebs. Wesentlich daran ist, daß die Bewegung des Werkstücks 21 durch das Laserstrahlband 13 mit konstanter Geschwindigkeit während der Meßphase vor sich geht. Auch der Saugteller 37 kann durch eine andere Adäsionsvorrichtung, bspw. eine Magnetvorrichtung ersetzt werden. Das eingangs beschriebene erfindungsgemäße Meßverfahren kann auch mit Hilfe anderer Handhabungsvorrichtungen durchgeführt werden, bpsw. mit Hilfe einer Schrägwalzenanordnung, deren Walzen derart angetrieben sind, daß das bspw. zylindrische Werkstück während seiner Längsbewegung durch das Laserstrahlband in Drehung versetzt wird. Dadurch kann auch die Rundheit des zylindrischen Werkstücks bestimmt werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Werkstückhandhabung bei der Durchführung des Meßverfahrens durch eine aus der spanabhebenden Werkstückbearbeitung her bekannten Spitzenlagerung zu bewirken und in dieser Weise durch das Laserstrahlband 13 rotierend oder nicht-rotierend hindurchzubewegen.

Es versteht sich, daß es auch möglich ist, das Lasermeßgerät 11 zu bewegen und das Werkstück ortsfest anzuordnen.

Claims (5)

1. Verfahren zum Messen von Durchmesser und/oder Rundheit in Abhängigkeit von der Länge von Werkstücken mittels eines Laser-Meßgerätes, bei dem das zu messende Werkstück zwischen dem Emitterteil und dem Empfängerteil des Meßgerätes durch eine Laserstrahlanordnung mit vorgegebener zumindest längenbereichsweise konstanter Geschwindigkeit bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein an sich bekanntes Laserstrahl-Meßgerät verwendet wird, das ein Laserstrahlband erzeugt, welches aus einem Laserlichtstrahl durch dessen Parallelverschiebung gebildet wird, daß das zu messende Werkstück durch das Laserstrahlband in einer zu dessen Ebene senkrechten Richtung bewegt wird, wobei die Breite des Laserstrahlbandes größer ist als der maximale Durchmesser des Werkstückes, und daß der momentane Meßort längs des Werkstücks anhand des Zeitpunktes des Eintauchens des Werkstücks in das Laserstrahlband und anhand der vorgegebenen Werkstück-Geschwindigkeit bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück über seine gesamte Länge durch das Laserstrahlband hindurch bewegt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück rotierend durch das Laserstrahlband hindurch bewegt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte konstant aufgezeichnet und/oder über die Zeit abrufbar angezeigt werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Werkstücks während des Durchlaufs bereichsweise verändert wird.