DE396249C - Geraet zum Pruefen von Zahnraedern - Google Patents

Geraet zum Pruefen von Zahnraedern

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DE396249C
DE396249C DEZ13552D DEZ0013552D DE396249C DE 396249 C DE396249 C DE 396249C DE Z13552 D DEZ13552 D DE Z13552D DE Z0013552 D DEZ0013552 D DE Z0013552D DE 396249 C DE396249 C DE 396249C
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Expired
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DEZ13552D
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Carl Zeiss SMT GmbH
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Carl Zeiss SMT GmbH
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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures

Description

  • Gerät zum Prüfen von Zahnrädern. Die Erfindung betrifft ein Gerät, welches dazu dient, festzustellen, ob ein Zahnrad hinsichtlich der Genauigkeit seiner Verzahnung bestimmten Anforderungen genügt. Die Erfindung benutzt den bekannten Gedanken, den Abstand zweier Punkte dadurch zu bestimmen, daß man mit Hilfe eines geeigneten Beobachtungsmikroskops die Bilder der beiden Punkte optisch zur Deckung bringt, wobei das Maß der gegenseitigen Deckung oder Verschiebung der optischen Glieder, das zur Erreichung der Decklage der beiden Bilder erforderlich ist, den gesuchten Wert liefert. Von diesem Gedanken wird hier in der Weise Gebrauch gemacht, daß man das Gerät mit einem Mikroskop ausstattet, das von zwei Zahnflanken Bilder entwirft, die einander im Gesichtsfelde überlagern. Beobachtet man zwei nicht gleichgerichtete Zahnflanken der Verzahnung para'lel zur Erzeugenden der Flanken, so überschneiden im Bildfelde des Mikroskops die Bilder der beiden Zahnflanken einander. Da die Zahnflanken in der Regel nicht allzusehr von der radialen Richtung abweichen, wird die Lage des Schnittpunktes der beiden Bilder in radialer Richtung stark von dem gegenseitigen tangentialen Abstande der beiden Zahnflanken beeinflußt. Insbesondere ergibt sich, wenn man das zu untersuchende Zahnrad von hinten her beleuchtet, im Gesichtsfelde dort, wo beide betrachteten Zahnteile gleichzeitig das Licht abschneiden, eine besonders dunkle, in eine Spitze auslaufende Fläche, deren radiale Abmessung besonders kennzeichnend ist.
  • Durch schrittweise Drehung des untersuchten Zahnrades um seine Achse je um den Teilungswinkel erhält man mit den Abweichungen des Schnittpunktes der jeweilig abgebildeten Flanken von der Lage des der Fehlerfreiheit entsprechenden Schnittpunktes im Abbildungsmaßstabe des Mikroskops eine Darstellung der Fehler der Zahnflanken. Zur Messung dieser Fehler kann man das Mikroskop mit einer Einrichtung ausrüsten, welche die beiden Bilder gegeneinander zu verschieben und das Maß dieser Verschiebung an Skalen abzulesen gestattet; man kann dann feststellen, welche Verschiebung notwendig ist, um den Schnittpunkt der Bilder der Flanken auf den Punkt des Bildfeldes zu bringen, welcher einem fehlerfreien Rade entspräche. Will man sich dagegen nur vergewissern, ob die Fehler der Verzahnung gewisse bestimmte Grenzen nicht überschreiten, so genügt es, im Bildfelde des Mikroslmps feste oder einstellbare Marken anzubringen, die das Toleranzfeld begrenzen, innerhalb dessen der Schnittpunkt liegen muß.
  • Erfahrungsgemäß sind bearbeitete Zahnflanken nicht stetig gekrümmt verlaufende Kurven, sondern es sind meist Abweichungen vom stetigen Verlaufe der Kurven vorhanden, die sich insbesondere bei stärkerer mikroskopischer Vergrößerung als Ausbuchtungen der Flankenkurve deutlich erkennen lassen. Durch .das Vorhandensein solcher Ausbuchtungen wird die Lage des Schnittpunktes der Flankenbilder unsicher und damit die Ablesegenauigkeit des Gerätes beeinträchtigt. Man kann deshalb das Gerät weiterhin dadurch vervollkommnen, daß man im Bildfelde des Mikroskops feste oder einstellbare Marken anbringt, die jene besonders dunkle, von den beiden betrachteten Zahnteilen gleichzeitig beschattete Fläche umhüllen.
  • Die Abb. i bis 5 zeigen ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung. Die Abb. i und 2 stellen, teilweise im Schnitt, das Ausführungsbeispiel im Aufriß und Grundriß dar. In Abb. 3 ist, ebenfalls zum Teil im Schnitt, ein Seitenriß des Beobachtungsmikroskops entworfen. Abb. 4 stellt einen Schnitt durch das Mikroskop nach der Linie 4-4 der Abb. 3, Abb. 5 in größerem Maßstabe einen Schnitt nach der Linie 5-5 der Abb. i dar.
  • Ein in einem Zahnradträger a drehbar gelagerter Gewindebolzen a1 ist mit einer Mutter a2 versehen, mit welcher ein mit einer Büchse b1 ausgerüstetes, zu untersuchendes Zahnrad b festgehalten werden soll. Zwei "Bolzenschrauben a3 und a4 dienen dazu, den Zahnradträger a an beliebiger Stelle einer T-Nut c' auf einer Grundplatte c zu befestigen. An der Grundplatte c ist gleichzeitig ein Mikroskopträger d mit einer an seinem Fuße dl befindlichen Schlittenführung d2 parallel. zur T-Nut cl verschiebbar angebracht und trägt an einem mittels eines Stiftes d3 und mehrerer dazugehörenden Bohrungen d4 in der Höhe grob einstellbaren Arm d5 ein Doppelbildmikroskop e. Zur Feinverstellung des Mikroskops dient eine Zahnstange e1 und ein Trieb de. Ein am Fuße dl des Mikroskopträgers d an einem Spiegelträger f um zwei zueinander senkrechte Achsen drehbarer Spiegel f l läßt bei geeigneter Einstellung das Licht einer beliebigen Lichtquelle parallel zur Richtung der Erzeugenden der Zahnflanken des Zahnrades b in das Mikroskop c gelangen. Im Bildfelde e2 des Mikroskops e befindet sich eine feste gläserne Strichplatte e3, und eine um eine exzentrische Achse e4 drehbare gläserne Strichplatte e5 ragt zum Teil hinein. Die Drehung dieser Strichplatte e5 kann durch einen Rändelring ee erfolgen. Am Objektivende e7 des Mikroskops e ist ein Kästchen g angeschraubt, in welchem zwei halbe Frontlinsen g1 mit ihren Fassungen in einer Schlittenführung g2 durch Betätigung zweier Mikrometer g3 einander genähert werden können, während zwei Federn g4 die beiden halben Frontlinsen g1 in entgegengesetztem Sinne zu bewegen suchen. Zum Schutze der empfindlichen Teile ist (las Kästchen g mit einem Schutzglas g5 versehen. Zur Vervollständ;gung des Objektivs ist am unteren Ende des Mikroskoptubus ein Objektivteil g6 angebracht, welcher infolge seines genügend groß gewählten Durchmessers die von den halben Frontlinsen -l ausgehenden Strahlenbüschel bei jeder möglichen Lage der Frontlinsen aufnehmen kann.
  • Abb. 5 läßt die beiden Strichplatten in der Draufsicht erkennen. Die feste Strichplatte e3 trägt eine geradlinigeStrichmarke, bestehend aus einer die Mitte des Bildfeldes e2 andeutenden Strichmarke h' und einer hierzu in einem Punkte A senkrecht stehenden Strichmarke 112. Die drehbare Strichplatte e5, die ihren Drehungsmittelpunkt C in der Verlängerung der Strichmarke hl besitzt, ist mit einer spiralförmigen Strichmarke i versehen, die im Bildfelde e2 die Strichmarke lal in ein3m Punkte & schneidet. Die Bildehl und h2 zweier Zahnflanken eines zu untersuchenden Zahnrades schneiden sich in einem Punkte D des Bildfe:des, der Spitze einer besonders dunklen Fläche 1a3, die dort erkennbar ist, wo die beiden betrachteten Zahnteile gleichzeitig das Licht abschneiden. Die Strecke AB stellt die Toleranz für die Lage des Punktes D dar.
  • Abb. G stellt in stark vergrößertem Maßstabe das Bildfeld e2 einer noch weiter vervöllfcommneten Form des Gerätes dar. Die feste Strichplatte e3 trägt außer den geradlinigen Strichmarken hl und lag eine Schar von winkelförmigen Strichmarken 1, deren Winkelhalbierende die Strichmarke hl bildet und deren eine jeweils jene besonders dunkle, von den beiden betrachteten Zahnteilen gleichzeitig beschattete Fläche k3 umhüllt.
  • Abb. 7 zeigt für eine weitere Ausführungsform des Gerätes im Maßstabe der Abb. 5 einen Schnitt nach der Linie 5-5 der Abb. z. Die feste Strichplatte e3 trägt die geradlinigen Strichmarken hl und h2, während auf der drehl-aren Strichplatte e5 eine Schar von winkelförmigen Strichmarken m so angeordnet ist, daß deren (in der Zeichnung nicht dargestellte) Winkelhalbierende jeweils durch den Drehmittelpunkt C hindurchgehen und je eine der Strichmarken in im Bildfelde e2 jene besonders dunkle Fläche k3 umhüllt.
  • Bei der Prüfung von Zahnrädern geht man nun folgendermaßen vor: Das zu untersuchende Zahnrad b wird mit einer Büchse bl ausgerüstet und auf dem Bolzen a' mit der Mutter a2 befestigt. Dem Durchmesser des Zahnrades entsprechend wird der Zahnradträger a mit den Bolzenschrauben a3 und a4 auf der T-Nut c' so festgezogen, daß die optische Achse des Mikroskops e die Verzahnung schneidet, und der Spiegel f1 so eingestellt, daß er das Licht einer beliebigen Lichtquelle, z. B. das Tageslicht, zwi3chen den Zahnflanken hindurch in das Mikroskop gelangen läßt. Nach Scharfeinstellung des Mikroskops e mit der Grobeinstellung durch den Stift d3 und der Feineinstellung mit dem Trieb d5 zeigt der Einblick in das Mikroskop die Bilder zweier Verzahnungsteile, welche von den beiden Frontlinsenteilen g1 gemeinsam mit dem Objektivteil g5 in der Bildebene e2 entworfen werden. Man verschiebt den Mikroskopträger d in seiner Schlittenführung d2 nunmehr so lange, bis ein Kreis von bestimmtem Radius, beispielsweise der Teilkreis des zu untersuchenden Zahnrades, die die Mitte des Bildfeldes e2 darstellende Strichmarke hl in einem bestimmten Punkte, z. B. dem Schnittpunkte A dieser Strichmarke mit der dazu senkrecht stehenden Strichmarke 1a2, schneidet. Durch Einstellung der Mikrometer g3 auf gleiche Werte und Drehung des Zahnrades b, bis die beiden Verzahnungsteile sich auf der Strichmarke hl schneiden, kann man erreichen, daß die abgebildeten Verzahnungsteile, z. B. zwei benachbarte Zahnflanken, symmetrisch zur optischen Achse des Mikroskops liegen. Man kann nun die beiden Frontlinsenteile g' und damit die Zahnflankenbilder /a' und k'= im Bildfelde e2 symmetrisch verschieben, indem man die beiden Mikrometer g 3 gleichzeitig auf andere gleiche Werte einstellt, wobei der Schnittpunkt D der Zahnflankenbilder k1 und k2 auf der Strichmarke 111 wandert. Ist die Mikrometereinstellung so gewählt, daß die Entfernung der opti-.cllcn Achsen der Frontlinsenteile g1, also die Summe der beiden gleichen Mikrometerwerte, dem Teilungsbetrage entspricht, welcher den beiden betrachteten Flanken zukommt, wobei näherungsweise der Bogen des Teilungswertes gleich seiner Sehne angenommen werden kann, so müßte bei fehlerfreier Verzahnung der Schnittpunkt D der beiden Zahnflankenbilder auf den Punkt A zu liegen kommen. Die für allgemeinen vorhandene Abweichung der Lage des Punktes D vom Punkte A stellt den Teilungsfehler der Verzahnung für die beiden betrachteten Zahnflanken dar und kann durch Zurückverlegen des Punktes D auf den Punkt A durch gleichmäßige Drehung der beiden Mikrometer g3 als Summe zweier gleicher Mikrometerwerte abgelesen werden. Stellt man am Rändelring eg durch Drehen der Strichplatte e5 den Schnittpunkt B der Spirale i mit der Strichmarke hl so ein, daß die Strecke AB dem doppelten zulässigen Fehler des Teilungswertes entspricht, und verlegt den Schnittpunkt des Teilkreises mit der Strichmarke hl in den Halbierungspunkt der Strecke AB, so stellt AB die Toleranz dar, den Bereich, innerhalb dessen die Schnittpunkte D aller Flankenbilderpaare k1 und k2 liegen müssen, wenn im Teilkreis die Abweichungen der Verzahnung vom fehlerfreien Werte den zulässigen Fehler nicht überschreiten sollen. Hierbei sind die Zahnflanken im beobachteten Bereiche näherungsweise geradlinig angenommen und je mit ihrer Teilkreistangente zusammenfallend gedacht.
  • Will man von der vorgeschlagenen Vervo!1-kommnung des Gerätes Gebrauch machen, so wählt man aus der Schar fester, winkelförmiger Strichmarken (Abb. 6) diejenige Strichmarke L aus, die jene besonders dunkle, von den beiden abgebildeten Zahnteilen gleichzeitig beschattete Fläche k3 umhüllt, und betrachtet die Lage der Bilder k1 und k2 der Zahnflanken gegenüber dieser winkelförmigen Strichmarke 1. Bei der weiteren Ausführungsform des Gerätes (Abb. 7) dreht man die Strichplatte e5 am Rändelring e3 so lange, bis die \@@inkelhalbierende einer die Fläche k3 umhüllenden, winkelförmigen Strichmarke m mit der festen Strichmarke hl im Bildfelde e2 zusammenfällt. Durch Verschieben des Mikroskopträgers d in seiner Schlittenführung d2 kann man erreichen, daß eine der Strichmarken 1 bzw. in die Bilder k1 und k2 eines fehlerfreien Zahnflankenpaares gerade berührt. Sind bei einem untersuchten Zahn Fehler vorhanden, so treten zwischen der Strichmarke l bzw. in und den Bildern k1 und k2 Lichtspalte auf. Diese Lichtspalte sind schon dann zu erkennen, wenn- eine Abweichung in der Lage des Schnittpunktes D wegen der Unsicherheit der Lage dieses Schnittpunktes noch nicht festzustellen ist, und gleichen gewissermaßen die Ausbuchtungen der Zahnflankenbilder aus.
  • Das vorliegende neue Gerät bietet gegenüber den bisher zur Prüfung von Zahnrädern verwendeten Einrichtungen eine Reihe wichtiger Vorteile. In erster Linie ist die Zahnradprüfung nicht auf die Prüfung der Verzahnung im Teilkreis beschränkt. Um die Verzahnung in einem beliebigen Kreise von anderem Durchmesser zu prüfen, hat man an Stelle des Teilkreises gemäß der Beschreibung nur den entsprechenden Kreis einzusetzen und an Stelle der Teilungswerte mit den zu diesem Kreise gehörenden Zahndicken und Lückenwerten zu arbeiten. In allen Fällen können sowohl Fehler, die aus ungenauer Teilung herrühren, als auch Fehler festgestellt und gemessen werden, die bei richtiger Teilung in unrichtiger Zahndicke begründet sind. Außerdem kann die Ablesegenauigkeit sehr hoch gemacht werden infolge der in weiten Grenzen beliebig hoch zu wählenden mikroskopischen Vergrößerung. ,

Claims (4)

  1. PATENT-ANSPRUCHE: z. Gerät zum Prüfen von Zahnrädern, gekennzeichnet durch ein Mikroskop, das von zwei Zahnflanken Bilder entwirft, die einander im Bildfelde überlagern.
  2. 2. Gerät nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß im Bildfelde des Mikroskops eine feste, geradlinige Strichmarke angeordnet ist ul<d eine drehbare, spiralförmige Strichmarke zum Teil in das Bildfeld hineinragt. .
  3. 3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bildfelde des @likroskops eine Schar von festen, winkelförmigen Strichmarken angeordnet ist, deren Winkelhalbierende die feste, geradlinige Strichmarke bildet.
  4. 4. Gerät nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß im Bildfelde des Mikroskops eine feste, geradlinige Strichmarke angeordnet ist und eine drehbare Schar von winkelförmigen Strichmarken, deren Winkelhalbierende jeweils durch den Drehpunkt der Schar hindurchgeht, zum Teil in das Bildfeld hineinragt.
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