DE4317410A1

DE4317410A1 - Anordnung und Verfahren zur berührungslosen Messung von Werkstücken mit großen Durchmesserdifferenzen an Werkzeugmaschinen

Info

Publication number: DE4317410A1
Application number: DE19934317410
Authority: DE
Inventors: Thomas Rother; Helmut Kobrow; Andreas Kirchuebel; Gunter Vales
Original assignee: Deutsche Bahn AG
Current assignee: Hoermann-Barkas Industrietechnik 09114 Chemn GmbH
Priority date: 1993-05-18
Filing date: 1993-05-18
Publication date: 1994-11-24
Anticipated expiration: 2013-05-19
Also published as: DE4317410C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung und Verfahren zur be rührungslosen Messung von Werkstücken mit großen Durchmesser differenzen an Werkzeugmaschinen, die sich zur Bearbeitung in einer Radsatzdrehmaschine befinden.

Die erfindungsgemäße Anordnung und das Verfahren sind sowohl im Instandhaltungswesen, insbesondere von Radsätzen, in der Regenerierung-Reprofilierung, Bremsscheibenkorrektur, als auch bei der Neufertigung von Radsätzen-Neubereifung ein setzbar.

Es sind Anordnungen und Verfahren bekannt, die mittels Laser technik nach dem Triangulationsprinzip mit hoher Meßauflösung in einem begrenzten Meßbereich durch geeignete Wahl der Op tik-Brennweite und evt. Justage des Prismas zur Werkstückmes sung in numerischen Drehmaschinen, insbesondere am Revolver befestigt, angewendet werden. Die hohe Meßauflösung des La sers erreicht im angegebenen Meßbereich ihr Optimum. Dazu ist folgende Patentschrift zu nennen: DE 40 32 361 "Distanzmeßkopf für Drehmaschinen".

Allerdings besteht hierbei der Nachteil bei Maschinen mit großem Arbeitsbereich, daß nicht der gesamte Arbeitsbereich der Maschine durch den Lasermeßbereich ohne Veränderungen der Optik-Brennweite bzw. Prismajustierung abgedeckt wird. Eine Anordnung des Lasers zum Verfahren ohne zusätzlicher CNC- Achse und eine Meßwertaufnahme unabhängig von der Position des Lasers in den Maschinenkoordinaten sowie die numerische Verarbeitung von Lasermeßwerten mit den Meßwerten der Maschi nenachsen zum Anzeigen der Werkstückmaße sind nicht bekannt. Weiterhin sind Verfahren und Anordnungen bekannt, die mittels berührender Meßrolle Radsatzprofile und Durchmesser erfassen. Dazu ist folgende Patentschrift zu nennen: DE 29 24 573 "Positioniereinrichtung".

Nachteilig wirken sich hierbei der Verschleiß an der Meßrolle und den beweglichen mechanischen Trägerelementen sowie eine Verschmutzung des Radsatzes aus.

Das Ziel der Erfindung besteht darin, an Drehmaschinen, ins besondere Radsatzdrehmaschinen für Eisenbahnradsätze, mit großem Arbeitsbereich und großen Werkstückabmessungsdiffer enzen berührungslose Messungen über den gesamten Arbeitsbe reich der Maschine zu erreichen.

Der nützliche Effekt besteht darin, daß auf einer Meßstrecke, die den Meßbereich des Lasers übersteigt, ohne Veränderung der Laserdaten, z. B. Optik-Brennweite oder Prismeneinstellung, Werkstückmessungen mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden, die durch die Verarbeitung der Lasermeßwerte und der Werte der Stößelposition durch die Maschinensteuerung unabhängig von der Position des Lasers im Maschinenkoordinatensystem sind.

Durch die Anordnung des Meßlasers im Stößel der Radsatzdreh maschine wird der Meßlaser gegen Späne geschützt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung und Verfahren zu entwickeln, welche berührungslose Messungen vor wiegend an Radsatzdrehmaschinen über den gesamten Arbeitsbe reich der Maschine ermöglicht, ohne daß bei Überschreitung des nutzbaren Meßbereiches Veränderungen an der Meßeinrich tung vorgenommen werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Meß laser justierbar zu den Maschinenachsen in einem Laserhal terungselement aufgenommen wird, welches sich im Stößel be findet und der über Verbindungselemente mit weiteren Stößeln auf einem gemeinsamen Führungselement verschiebbar ist.

Bei Einsatz einer numerisch gesteuerten Radsatzdrehmaschine wird mittels Wegmeßsystem der Verfahrweg des Stößels ermit telt, der Abstand des Lasers zum Meßobjekt nach dem Triangu lationsprinzip festgestellt und beide Werte als elektrisches Signal an die Maschinensteuerung übertragen. Nach der Signal verarbeitung wird die gemessene Werkstückgröße angezeigt, mit den Werkstücksolldaten verrechnet und Bearbeitungsparameter durch die Maschinensteuerung festgelegt.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

In den zugehörigen Zeichnungen nach

Fig. 1 "Anordnung des Meßlasers im Stößel",

Fig. 2 "Gesamtansicht der Anordnung",

Fig. 3 "Verfahren zur Meßwerterfassung und Verarbeitung"
ist das Lösungsprinzip dargestellt.

Entsprechend der Darstellung nach Fig. 1 und 2 ist ein Meß laser 7 in einer Aufnahme 8 im Stößel 9, der sich über Ver bindungselemente 10 verschiebbar auf einem Führungselement 11 befindet, an einem Laserhalterungselement 1 befestigt. Mittels Gewindebolzen 2 und Stellmutter 3, 4 wird die Höhen einstellung des Meßlasers 7 in einem Bereich, vorzugsweise ±4 mm vorgenommen.

Der Laserstrahlaustritt 19 ist auf die Werkstücklängsachse-z 12 gerichtet.

Das rechtwinklige Ausrichten des Meßlasers 7 zur Werkstück längsachse-z 12 ist durch Gewindebolzen 2, Stellmutter 3, 4 und Justierelemente 18 gegeben, wobei die Schwenkbarkeit um die y-Achse der Laserhalterung 16 vorzugsweise ±2° beträgt. Durch die Drehbarkeit des Bolzens 5 längs der x-Achse der Laserhalterung 15 und die Arretierung mittels Kegelstift 6 wird die y-Achse 14 und die y-Achse der Laserhalterung 16 des Meßlasers 7 in Übereinstimmung gebracht. Damit ist die er forderliche Justage des Meßlasers 7 in drei Ebenen zum Ma schinenkoordinatensystem gegeben.

Nach dem Einrichten, Nullen des Wegmeßsystems 21, der x-Achse 13 und dem Abgleich des Meßlasers 7 am Prüfnormal werden an den Werkstücken, Abstände, Durchmesser, Radial schlag und Planschlag an Scheiben innerhalb des Lasermeßbe reiches 20 gemessen. Bei größeren Abständen wird der Stößel 9 mit dem Meßlaser 7 in der x-Achse 13 um einen Weg Δ x 17 verfahren, so daß das entsprechende Meßobjekt 25 wieder im Lasermeßbereich 20 des Meßlasers 7 liegt. Der bei der Posi tionsbestimmung des Stößels 9 mittels Wegmeßsystem 21 aufge nommene Weg Δ x 17 wird in der Maschinensteuerung 22 wie in Fig. 3 dargestellt, mit dem vom Meßlaser 7 aufgenommenen Meßwertsignal 26 verarbeitet und an der Ausgabe/Anzeige der Meßobjektdaten 23 als gemessener Abstand, Durchmesser oder Profil dokumentiert.

Desweiteren werden durch die Maschinensteuerung 22 nach Aus wertung der Daten, Verrechnung mit gespeicherten Werkstück solldaten, die Bearbeitungsparameter 24 festgelegt und an das Werkzeug 27 übertragen.

Bezugszeichenliste

1 Laserhalterungselement
2 Gewindebolzen
3 Stellmutter
4 Stellmutter
5 Bolzen
6 Kegelstift
7 Meßlaser
8 Aufnahme
9 Stößel
10 Verbindungselemente
11 Führungselement
12 Werkstücklängsachse-z
13 x-Achse
14 y-Achse
15 x-Achse der Laserhalterung
16 y-Achse der Laserhalterung
17 Weg Δ x
18 Justierelemente
19 Laserstrahlaustritt
20 Lasermeßbereich
21 Wegmeßsystem
22 Maschinensteuerung
23 Ausgabe/Anzeige der Meßobjektdaten
24 Bearbeitungsparameter
25 Meßobjekt
26 Meßwertsignal
27 Werkzeug

Claims

1. Anordnung und Verfahren zur berührungslosen Messung von Werkstücken mit großen Durchmesserdifferenzen an Werkzeugmaschinen, dadurch gekennzeichnet,

- daß ein den Meßlaser (7) aufnehmendes Laserhalterungs element (1) in einer Aufnahme (8) des Stößels (9) im Winkel von 90° zur Werkstücklängsachse-z (12) und pa rallel zu dieser verschiebbar angeordnet ist;
- der Meßlaser (7) über das Laserhalterungselement (1) in der y-Achse der Laserhalterung (16) verschiebbar, um die x-Achse der Laserhalterung (15) drehbar sowie in der Ebene des Führungselementes (11) um die y-Achse der Laserhalterung (16) schwenkbar angeordnet ist;
- der Stößel (9) über Verbindungselement (10) mit wei teren Stößeln auf dem Führungselement (11) verschieb bar zur Werkstücklangsächse-z (12) angeordnet ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anwendung des Triangulationsprinzipes verschiedene Werkstückgrößen, die im Arbeitsbereich der Maschine liegen und den Lasermeßbereich (20) des Meßlasers (7) übersteigen, durch Bewegen des Meßlasers (7) unab hängig vom Lasermeßbereich (20) gemessen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Maschinensteuerung (22) die Signale des Wegmeßsy stems (21) der Maschinenverfahrachsen mit dem Meßwertsig nal (26) des Meßlasers (7) verarbeitet werden und als Abstand, Durchmesser, Radialschlag und Planschlag des Werkstückes zur Ausgabe/Anzeige der Meßobjektdaten (23) gebracht werden.