DE4127068A1 - Verfahren zum rechnerunterstuetzten messen der kantenabstaende vorzugsweise bei waelzlagern und messvorrichtungen zur durchfuehrung dieses verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum rechnerunter­ stützten Messen der Kantenabstände vorzugsweise bei Wälzlagern und eine Vorrichtung zur Durchführung die­ ses Verfahrens.

Neben der Bohrung und dem Außendurchmesser ist der Kantenabstand am Wälzlager ein wichtiges Anschlußmaß zu den angrenzenden Bauteilen. Die Wälzlagerringe dür­ fen nur an der Wellen- oder Gehäuseschulter, nicht in der Hohlkehle, anliegen. Der größte Radius rg des Ge­ genstückes muß daher kleiner sein als der kleinste Kantenabstand rs min des Lagerringes.

Da der Kantenabstand rs am fertigen Lager eingehalten sein muß, ist es von großer Wichtigkeit, bereits bei der Weichbearbeitung die entsprechenden vorgegebenen Werte für den Kantenabstand rs mit sehr kleinen Tole­ ranzen zu erzeugen und entsprechend genau zu messen.

Dazu hat man Lehren verwendet oder optische Meßein­ richtungen eingesetzt (s. "Die Wälzlagerpraxis" S. 56, Bild 83 und dazugehörender Text). Es sind auch Fasen­ längenmeßgeräte in Form einer Meßuhr bekannt.

Nachteilig dabei ist, daß bei diesen Meßverfahren für die Messung der Kantenabstände unterschiedliche Meß­ vorrichtungen für die Innen- oder Außenflächen benö­ tigt werden und daß die Messungen von Hand erfolgen, also nicht ohne weiteres automatisierbar sind.

Aus der EP-OS 03 15 308 ist weiterhin eine Koordina­ tenmeßmaschine bekannt, die Kegelrollenlagerringe mit 3 Tastern vermißt, wobei die Meßergebnisse durch einen Rechner ausgewertet werden. Zur Messung von Kantenab­ ständen ist diese Meßmaschine jedoch nicht geeignet.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen des Kantenabstandes aufzuzeigen, die es ermöglicht, den Kantenabstand in radialer und axialer Richtung sowohl an Innenflächen als auch an Außenflächen unabhängig von der Ausbildung der Kantenabstände in engen Toleranzgrenzen zu messen und die auch leicht automatisiert werden kann.

Die Lösung der Aufgabe gelingt mit dem im kennzeich­ nenden Teil des Anspruchs 1 bzw. 2 angegebenen Maßnah­ men.

Mit dem aufgezeigten Meßverfahren bzw. der Vorrichtung erfolgt die Verrechnung der Meßtasterbewegung auch im Hinblick auf die Lage bezüglich des Werkstückes der zwei Anschläge automatisch, wobei dem Rechner ledig­ lich beim Kalibriervorgang angegeben werden muß, ob es sich um Innen- oder Außenflächen handelt.

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Einbaubeispiel eines Rillenkugellagers,

Fig. 2 eine Meßvorrichtung schematisch im Schnitt,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Grundplatte der Meß­ vorrichtung,

Fig. 4 die Meßstelle schematisch beim Kalibriervor­ gang,

Fig. 5 die Meßstelle schematisch bei der Durchmesser- Kompensation,

Fig. 6 die Meßstelle schematisch bei einer Meßrou­ tine.

In Fig. 1 ist ein Rillenkugellager 1 dargestellt, wo­ bei mit 1′ der Innen- und mit 1′′ der Außenring be­ zeichnet ist, das in radialer Richtung auf der Welle 2 und im Gehäuse 3 sitzt und in axialer Richtung durch die Wellenschulter 4 und Gehäuseschulter 5, sowie den Schultern 6 und 7 der Distanzbüchsen 8 und 9 fixiert wird. Die für den richtigen Einbau erforderlichen Kan­ tenabstände sind mit rs-radial 10 und 10′ sowie rs- axial 11 und 11′ bezeichnet. Die radialen und axialen Kantenabstände werden von den größten Radien rg-Welle 12 bzw. rg-Gehäuse 13 vorgegeben.

In der Fig. 2 und Fig. 3 ist die Meßvorrichtung schematisch dargestellt. Die Meßvorrichtung besteht im wesentlichen aus der Grundplatte 14 und den beiden Festanschlägen 15 und 15′ (Fig. 3), an denen sich der Prüfling 16 mit Außenfläche 17 mit dem Durchmesser D oder der Innenfläche 18 mit dem Durchmesser d anlegt. Die beiden Festanschläge 15, 15′ sind zur radialen Be­ zugslinie 19 so angeordnet, daß ihre Tangente 20 zur Bezugslinie 19 einen rechten Winkel bilden und ihre Zentren gleichweit von der Bezugslinie 19 im Abstand 2a (21) entfernt sind. Die Festanschläge 15, 15′ sind als Zylinder mit gleichem Durchmesser 2r (22) ausge­ bildet. Sowohl die Durchmesser 22 der beiden Festan­ schläge 15, 15′ als auch der Abstand 21 werden für die Durchmessser-Kompensation der Prüflinge 17 und 18 bei der Meßwertverrechnung herangezogen.

Die Fig. 2 stellt einen Schnitt entlang der Bezugsli­ nie 19 dar. Auf der Grundplatte 14 liegt der Prüfling 16 mit seiner Seitenfläche 23 auf. An der Unterseite der Grundplatte 14 ist der X-Meßschlitten 24, der vor­ zugsweise als Rollenschlitten mit leichter Vorspannung der Rollen ausgebildet ist, angeordnet. Durch eine nicht gezeichnete Vorrichtung, die z. B. als Zugfederelement oder als druckluftbetätigter Zylinder ausgebildet sein kann, wird der X-Meßschlitten 24 in Minus-X-Richtung bei der Messung so weit gegen den Prüfling 16 verfahren, bis der Meßtaster 25 mit seiner um den Winkel a (26) zur Grundplatte 14 geneigten Meßkante 27 an der axialen Kante der Fase 28 anliegt.

Die Bewegung des X-Meßschlittens 24 wird von einem Weggeber 29 aufgenommen und das Wegsignal an einen nicht gezeichneten Rechner weitergegeben. Der X-Meß­ schlitten 24 ist so an der Grundplatte 14 angeordnet, daß sich die Meßkante 27 des Meßtasters 25 bei der Messung in der radialen Bezugslinie 19 bewegt.

Auf dem X-Meßschlitten 24 ist der Y-Meßschlitten 30, der vorzugsweise als Rollenschlitten mit leichter Vor­ spannung der Rollen ausgebildet ist, angeordnet. Durch eine nicht gezeichnete Vorrichtung, die z. B. als Zug­ federelement oder als druckluftbetätigter Zylinder ausgebildet sein kann, wird der Y-Meßschlitten 30 in Plus-Y-Richtung bei der Messung so weit gegen den Prüf­ ling 16 verfahren, bis der Meßtaster 32 mit seiner um den Winkel b (33) zur Grundplatte 14 geneigten Meß­ kante 34 an der radialen Kante der Fase 28 anliegt.

Die Bewegung des Y-Meßschlittens 30 wird von einem Weggeber 35 aufgenommen und das Wegsignal an einen nicht gezeichneten Rechner weitergegeben. Der Y- Meßschlitten 30 ist so an dem X-Meßschlitten 24 angeordnet, daß sich die Meßkante 34 des Meßtasters 32 bei der Messung in der axialen Bezugslinie 20 bewegt, die senkrecht zur radialen Bezugslinie 19 steht und diese im Zentrumspunkt 31 schneidet.

In der Fig. 4 ist die Kalibrierung der Meßvorrichtung schematisch dargestellt. An den beiden Festanschlägen 15, 15′ und an der Grundplatte 14 wird das Kali­ briernormal 37, das vorzugsweise als Zylinder mit dem Durchmesser 2 rk (38) ausgebildet ist, angelegt. In dieser Lage schneiden sich die senkrechten und waag­ rechten Tangenten des Kalibriernormals im Zentrums­ punkt 31. Ausgehend vom Zentrumspunkt 31 mit den Koor­ dinaten x = 0, y = 0 bewegen sich die beiden Meßkanten 27 und 34 der Meßtaster 25 und 32 bei der Kalibrierung um die Wegstrecken x (39) und y (40), die von den zu­ geordneten Weggebern 29 und 35 aufgenommen und an den bereits erwähnten Rechner weitergeleitet werden. Die Wegstrecken x (39) und y (40) werden von den vor­ gegebenen Winkeln a (26) und b (33) der Meßkanten (27, 34) direkt beeinflußt. Nach bekannten mathematischen Formeln wird vom Rechner ermittelt, um welche Wegstrecken sich die Meßtaster 25 und 32 bei der Kalibrierung aus dem Zentrumspunkt 31 heraus bewegt haben und werden als Kalibrierwerte herangezogen bzw. gespeichert.

Kalibrier-Routine:
Gegeben:
Kalibriernormal mit dem Radius rk
Meßtasterwinkel in x-Richtung a
Meßtasterwinkel in y-Richtung b

Verstellweg des X-Meßschlittens:

x=rk _* (tg a-(1/cos a-1))

Verstellweg des Y-Meßschlittens:

y=rk _* (tg b-rk _* (1/cos b-1))-rk _* (tg a-(1/cos a-1)) _* tg b

In der Fig. 5 ist die Durchmesser-Kompensation sche­ matisch dargestellt. Der Prüfling 16 legt sich; je nachdem ob es sich um einen Prüfling mit Außenfläche 17 an den Außendurchmesser oder um einen Prüfling mit Innenfläche 18 an den Innendurchmesser, bei der Mes­ sung an den beiden Festanschlägen 15, 15′ und an der Oberseite der Grundplatte 14 an.

Je nach Durchmesser des Prüflings 16 werden die beiden Meßtaster 25 und 32 entlang der radialen Bezugslinie 19 in Minus-X-Richtung (bei Prüfling mit Innenfläche 18) oder Plus-X-Richtung (bei Prüfling mit Außenfläche 17) bewegt, um an einem Prüfling 16 ohne Fasen bzw. Kantenabstände anzuliegen. Nach mathematischen Formeln lassen sich die Plus-X-Verstellwege für D (41) bzw. die Minus-X-Verstellwege für d (42) bei vorgegebenem Durchmesser 2r (22) und vorgegebenem Abstand 2a (21) der Festanschläge 15, 15′ berechnen und als Kompensa­ tionswert im Rechner speichern. Die neuen Zentrums­ punkte (43) für Prüflinge mit Außenfläche (17) bzw. (44) für Prüflinge mit Innenfläche (18) werden als Ausgangspunkte für die Messung der Kantenabstände herangezogen.

Durchmesser-Kompensation:
Gegeben:
Anschlagdurchmesser mit dem Radius r
Außenfläche-Durchmesser D
Innenfläche-Durchmesser d

Verstellweg des X-Meßschlittens bei Außenflächen:

Verstellweg des X-Meßschlittens bei Innenflächen:

In der Fig. 6 ist eine Meßroutine dargestellt. Ausge­ hend vom neuen Zentrumspunkt 43 oder 44 werden die Meßtaster 25 und 32 um die Meßwege x (45) und y (46) entsprechend der Meßtasterwinkel a (26) und b (33) so­ weit verfahren, bis ihre Meßkanten 27 und 34 den Prüf­ ling 16 am axialen Kantenabstand (47) mit der Meßkante 27 und am radialen Kantenabstand (48) mit der Meßkante 34 berühren.

Aus den Meßwegen x (45) und y (46) lassen sich die Kantenabstände rs-radial (49) und rs-axial (50) nach be­ kannten mathematischen Formeln berechnen.

Meß-Routine:
Gegeben:
Meßweg in X-Richtung x
Meßweg in Y-Richtung y
Meßtasterwinkel in x-Richtung a
Meßtasterwinkel in y-Richtung b

Berechnung des Kantenabstandes rs radial:

rs radial=x/tg a

Berechnung des Kantenabstandes rs axial:

rs axial=x+y/tg b

Da der Rechner den jeweils gültigen Kantenabstand ge­ speichert hat, kann einen SOLL/IST-Vergleich durch­ geführt und das Ergebnis zu weiteren Steuerfunktionen z. B. für die CNC-Drehmaschine benutzt werden.

Claims (2)

1. Verfahren zum rechnerunterstützten Messen der Kantenabstände vorzugsweise bei Wälzlagern, da­ durch gekennzeichnet, daß

• - durch einen Kalibrier-Vorgang der Zentrumspunkt (31) festgelegt und im Rechner gespeichert wird,
• - anschließend das zu vermessende Werkstück (16, 17, 18) in eine Werkstückaufnahme (14, 15, 15′) eingelegt und vom Rechner der neue Zentrumspunkt (43,44) berechnet und abgespeichert wird,
• - der axiale Kantenabstand rs axial (50) durch einen radial verschiebbaren Meßtaster (25) und der radiale Kantenabstand rs radial (49) durch einen axial verschiebbaren Meßtaster (32) festge­ stellt und über Weggeber (29, 35) und deren Si­ gnale an den Rechner übertragen werden
• - und daß die Kantenabstände vom Rechner unter Be­ zugnahme auf den neuen Zentrumspunkt (43, 44) er­ rechnet und angezeigt werden.

2. Meßvorrichtung zum Messen der Kantenabstände, vorzugsweise bei Wälzlagerringen, wobei eine Werkstückaufnahme und mit einem Weggeber verse­ hene Meßtaster vorgesehen sind, und einem Rech­ ner, welcher die Wegsignale auswertet und ge­ gebenenfalls anzeigt, dadurch gekennzeichnet, daß

• - jeweils ein Meßtaster (25, 32) für die radiale bzw. axiale Messung vorgesehen ist,
• - der eine Meßtaster (32) verschiebbar auf dem an­ deren ebenfalls verschiebbaren Meßtaster (25) an­ geordnet ist, wobei sich die Meßkanten (27, 34) beider Meßtaster im Zentrumspunkt (31) schneiden und ihre Bewegungsrichtungen um 90° versetzt sind
• - daß die Meßkanten (27, 34) um einen Winkel (a, (26), b (33)), gegenüber ihrer Bewegungsrich­ tung geneigt sind
• - daß der Neigungswinkel (a, (26) b (33)) kleiner ist als der jeweilige Werkstückwinkel a′ (51) und b′ (52)
• - und daß der Rechner die Signale der Weggeber (29, 35) unter Bezug auf den beim Kalibriervorgang bestimmten Zentrumspunkt (31) und die neuen Zentrumspunkte (43, 44) auswertet bzw. anzeigt,
• - wobei die Werkstückaufnahme aus einer Grund­ platte (14) und zwei Anschlägen (15, 15′) besteht, die gleichweit von der radialen Bezugslinie (19) des einen Meßtasters (25) entfernt sind.