DE4320649A1 - Vorrichtung zum Erfassen oberflächennaher Unregelmäßigkeiten von Werkstücken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Prüfvorrichtung zum Prüfen von Oberflächenunregelmäßigkeiten insbesondere Oberflächen­ rauhigkeiten, von Werkstücken vorzugsweise direkt zwischen oder nach Bearbeitungszyklen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf das Problem, die bei der Bearbeitung von Werkstücken z. B. mit spanenden Bearbeitungswerkzeugen erzeugte Oberflächenrauhigkeit direkt nach jedem Bearbei­ tungszyklus an dem am Bearbeitungsort in der Bearbeitungs­ maschine eingespannten Werkstück zu prüfen, um so die Ober­ flächenqualität nach jedem Bearbeitungsschritt quantifizieren zu können und um dann ggf. die Bearbeitungsparameter ändern oder abgenutzte und damit unerwünscht große Unregelmäßig­ keiten verursachende Bearbeitungswerkzeuge rechtzeitig austauschen zu können.

Stand der Technik

Die Durchführung von Werkstückprüfungen möglichst nahe am Bearbeitungsprozeß und nicht nur in Form von Endkontrollen kann zu rationeller und ausschußarmer Fertigung beitragen und helfen, die Regelkreise in der mechanischen Bearbeitung von Werkstücken räumlich und zeitlich zu verkürzen. Es wird dabei vor allem angestrebt, eine schnelle, möglichst quantitative Beurteilung des Zustandes eines bearbeiteten Werkstückes zu ermöglichen, um daraus Schlüsse auf vorteilhafte Änderungen der Bearbeitungsparameter und/oder auf den Zustand der benutzten Werkzeuge ziehen zu können. Dazu werden Prüfvor­ richtungen benutzt, die in räumlicher Nähe zu Bearbeitungs­ vorrichtungen betrieben werden können.

Aus der DE 39 42 805 A1 ist eine schwingungsgedämpft auf einem Maschinenbett gelagerte Oberflächen-Meßstation be­ kanntgeworden, die in Ausrichtung mit der Transportebene der Bearbeitungsmaschine angeordnet ist und einen Taster auf­ weist, der in eine Bohrung eingefahren werden kann, dort entlang der Innenoberfläche der Bohrung geführt werden kann und Signale an eine Auswerteeinheit sendet, die aus den Signalen Werte für die Rauhigkeit der Oberfläche erzeugt. Überschreiten diese Werte vorgegebene Bereiche, so können durch die Auswerteeinheit Steuersignale zur Änderung der Bearbeitungsparameter (z. B. Zustelldruck) oder ggf. Fehler­ signale erzeugt werden. Das zu prüfende Werkstück wird dabei zur Prüfung aus seiner Bearbeitungsposition weg und zur Meßstation hin bewegt, wobei Dank der Schwingungsdämpfung der Meßstation gegen die Bearbeitungsmaschine während der Messung ein weiteres Werkstück bearbeitet werden kann.

Derartige, bei geeigneten Vorkehrungen relativ prozeßnah, also in der Nähe des Bearbeitungsortes arbeitende Oberflä­ chenrauhigkeits-Meßstationen können nach unterschiedlichen Meßprinzipien arbeiten, so u. a. nach mechanisch-elektroni­ schen, optoelektronischen oder pneumatischen Prinzipien. Wie aus der DE 27 07 023 A1 bekannt, so sind auch elektro­ magnetische Meßverfahren, wie die Wirbelstrommethode, die derzeit in großem Maßstab zur Oberflächenfehleranalyse ein­ gesetzt wird, für quantitative Messungen der Oberflächen­ rauhigkeit elektrisch leitender Materialien prinzipiell geeignet.

Aufgabe und Lösung

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Prüfvorrichtung zur Prüfung von Oberflächenunregelmäßigkeiten, insbesondere Oberflächenrauhigkeiten von Werkstücken, vorzugsweise direkt zwischen oder nach Bearbeitungszyklen zu schaffen, die eine Oberflächenprüfung eines Werkstückes direkt am Ort seiner Bearbeitung ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Prüfvor­ richtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vor.

Durch die Erfindung wird ein mit mindestens einer Prüfsonde, insbesondere einer Wirbelstromsonde, ausgestattetes Prüfwerk­ zeug geschaffen, das genau wie ein Bearbeitungswerkzeug in die Werkzeugaufnahme einer Bearbeitungsvorrichtung, also etwa in das Spannfutter an der Spindel einer numerisch gesteuerten (NC) Dreh- oder Bohrmaschine eingesetzt werden kann. Dadurch kann die Bearbeitungsvorrichtung selbst als Prüfeinrichtung genutzt werden. Die Erfindung erlaubt somit, eine Werkstück- und Bearbeitungsqualitätskontrolle direkt in den Bearbei­ tungsablauf einer Werkstückfertigung zu integrieren, ohne daß das Werkstück für die Kontrolle vom Ort seiner Bearbeitung wegbewegt werden muß. Insbesondere bei NC-Maschinen ist somit ohne weitere Einstellarbeiten vor der Kontrolle bereits die Position des zu prüfenden Werkstückes, insbesondere aber der Verlauf der zu prüfenden Oberflächen in der Maschine in Form von Datensätzen verfügbar. Die Maschine "weiß" also genau den Ort und die Ausrichtung der zu prüfenden Oberfläche, an die somit bei geeigneter Einstellung die Maschine die Prüfsonde des Prüfwerkzeuges direkt heranführen kann. Als weiterer großer Vorteil eines derartigen Prüfwerkzeuges ist anzusehen, daß die Bearbeitungsmaschine selbst als Manipulator für die Prüfsonde eingesetzt werden kann. Damit kann auch die Notwen­ digkeit entfallen, für Prüfvorrichtungen eigene Gehäuse, Antriebe etc. vorzusehen, was auch aus ökonomischen Gründen sehr vorteilhaft ist.

Eine Werkstückprüfung direkt am Bearbeitungsort bringt also durch den Wegfall von Transportzeiten und Übergangszeiten sowie durch die Minimierung der Rüstzeiten zudem eine deut­ liche Verkürzung der Regelkreise in der mechanischen Bear­ beitung. Schnelle, präzise Kontrollen zwischen einzelnen Bearbeitungszyklen können dabei zur frühzeitigen Erkennung von Fehlentwicklungen während des Bearbeitungsprozesses führen, so daß rechtzeitig Korrekturmaßnahmen (z. B. Änderun­ gen der Bearbeitungsparameter oder Werkzeugwechsel) ergriffen werden können. Insbesondere bei Fertigungen mit besonders hohen Anforderungen an die Qualität der Bearbeitungsober­ flächen, wie z. B. bei der Herstellung hochgenauer Bohrungen von Kugellagersitzen, können damit Qualitätsprobleme ver­ mindert oder sogar vermieden werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Integrationsfähigkeit der Prüfvorrichtung in den Bearbei­ tungsprozeß besonders dadurch erleichtert, daß das Prüfwerk­ zeug sowohl manuell, als auch automatisch in die Werkzeug­ aufnahme einer Bearbeitungsvorrichtung eingewechselt und aus dieser auch wieder entfernt werden kann. Besonders erleich­ tert wird diese automatische Integrierbarkeit der Prüfvor­ richtung in einen Bearbeitungsprozeß dadurch, daß das Prüf­ werkzeug über genormte Aufnahmemittel, wie z. B. einen Mor­ se- oder Steilkegel verfügt, mit deren Hilfe der die Sonde tragende, bewegliche Teil des Prüfwerkzeuges in die Werkzeug­ aufnahme der Bearbeitungsmaschine schnell, sicher und geome­ trisch definiert genau wie ein Bearbeitungswerkzeug ein­ gespannt werden kann. Auch die Lagerung des Prüfwerkzeuges zwischen den einzelnen Prüfdurchgängen, z. B. bei den Bear­ beitungswerkzeugen in einem Werkzeugmagazin, ist durch derartige genormte Aufnahmemittel in zweckmäßiger Weise vereinfacht. Durch die Ausführung des Prüfwerkzeuges mit standardisierten Aufnahmemitteln, wie Morsekegeln, wird das Prüfwerkzeug damit ohne konstruktive Veränderungen universell mit vielen Bearbeitungsmaschinen einsetzbar.

Zur Herstellung der Verbindung des bewegbaren Bereichs des Prüfwerkzeuges mit extern an oder in der Nähe der Bearbei­ tungsmaschine angeordneten Versorgungs- und Signalverar­ beitungsvorrichtungen ist es besonders vorteilhaft, am Prüf­ werkzeug mit unbewegten Teilen der Bearbeitungsmaschine verbindbare Anschlußmittel vorzusehen, die als Teil des Prüfwerkzeuges mit diesem ein- und ausgewechselt werden können, und in denen die beweglichen, die Prüfsonde tragenden Teile beweglich gelagert sind. Eine derartige Ausgestaltung fördert die universelle Einsetzbarkeit des Prüfwerkzeuges an vielen Bearbeitungsmaschinen, denn es können damit alle externen Verbindungen zum Prüfwerkzeug z. B. über einfache Steckverbindungen an dem verdrehsicher an der Bearbeitungsma­ schine angebrachten, unbewegten Anschlußmittel realisiert werden.

Die Anschlußmittel könnten beispielsweise auch in Form einer die Sondenführungsmittel umfassenden Hülse ausgebildet sein, die sämtliche notwendigen Versorgungs- und Signalanschlüsse sowie einen Verdrehschutz aufweist und in der die Sonden­ führungsmittel drehbar gelagert sind. Die Hülse könnte bei Einsetzen des Prüfwerkzeuges mit dem Verdrehschutz an der Bearbeitungsvorrichtung einrasten. Zweckmäßigerweise gleich­ zeitig mit der Herstellung des Formschlusses zwischen An­ schlußmittel und Bearbeitungsvorrichtung können alle not­ wendigen Versorgungs- und Signalverbindungen z. B. über Steckverbindungen hergestellt werden. Beim Ausbau des Prüf­ werkzeuges wären der eingerastete Verdrehschutz und die Steckverbindungen automatisch wieder lösbar. Bei geeigneter Auslegung können die Versorgungs- und/oder Signalverbindungen selbst auch als Verdrehschutz dienen.

Der technisch anspruchsvolle Teil der Aufgabe, eine u. U. mit hohen Drehzahlen rotierende Prüfsonde mit externen Versor­ gungs- und Auswerteeinrichtungen zu verbinden, wird bei der bevorzugten Ausführungsform in vorteilhafter Weise nicht zwischen Prüfwerkzeug und Bearbeitungsvorrichtung, sondern innerhalb des Prüfwerkzeuges selbst gelöst. Dazu sind in der Nähe der Lagerung des Sondenführungszylinders im Anschluß­ mittel berührungslos arbeitende, verschleißfreie Rotierüber­ trager für die Übertragung der elektrischen Versorgung der Prüfsonde und für die von der Sonde gelieferten Signale zur Prüfelektronik vorgesehen, die in an sich bekannter Weise für eine sichere, rotationsunabhängige elektrische Verbindung der rotierenden Prüfsonde sorgen.

Die Rotierübertrager weisen in Anschlußmittel und Sondenfüh­ rungsmittel gegengleich ausgebildete, voneinander durch einen Luftspalt getrennte Übertragungskontaktschuhe auf, bei denen durch Induktion elektrische Wechselspannungen in den Luft­ spalt überbrückende elektromagnetische Wechselfelder bzw. umgekehrt diese elektromagnetischen Wechselfelder wieder in elektrische Wechselspannungen umgewandelt werden.

In der Nähe der Rotierübertrager kann zweckmäßig eine gegen die sie umgebenden Bereiche abgedichtete, ebenfalls rota­ tionsunabhängig arbeitende Druckgasübertragung für eine Übertragung von Druckgas von der schnell lösbaren Druckgas­ verbindung am Anschlußmittel zum Druckgaskanalsystem des Sondenführungszylinders und der Sondenaufnahme sorgen. Im Bereich der Prüfsonde mündet das Druckgaskanalsystem nach außen. Die Steckverbindungen für die Druckgaszufuhr, das Druckgaskanalsystem im Anschlußmittel, in Sondenführungszy­ linder, Sondenaufnahme und Sondenträger, sowie die rota­ tionsunabhängig arbeitende Druckgasübertragung sind Teil der am Prüfwerkzeug vorgesehenen Reinigungsmittel für den Meß­ bereich der Prüfsonde. Damit kann während der Prüfungsmessung der Meßbereich der Prüfsonde von Bearbeitungsrückständen, insbesondere von Metallspänen, befreit werden, die die Funktion dem Sonde beeinträchtigen können. Insbesondere bei Wirbelstromsonden, die ansonsten sehr robust und gegen Umwelteinflüsse, wie z. B. Kühlmittel unempfindlich sind, können Metallspäne im Meßbereich zur Verfälschung der Meßer­ gebnisse führen. Diese Gefahr wird durch die während der gesamten Messung andauernden Beaufschlagung des Meßbereichs mit Druckgas vermieden, so daß die Meßergebnisse ein Maß für die tatsächliche Unregelmäßigkeit der geprüften Oberfläche darstellen.

Das in der bevorzugten Ausführungsform verwendete Wirbel­ stromverfahren ist besonders bei schwierigen, d. h. rauhen und unsauberen Arbeitsumgebungen, wie sie bei der Werkstück­ kontrolle direkt am Ort der Bearbeitung vorliegen, gegenüber anderen Verfahren, wie z. B. mechanisch-elektronischen oder optoelektronischen, bevorzugt. Die aktiven Komponenten einer Wirbelstromsonde, typischerweise Feld-, Meß- und Abstands­ wicklungen, sind in der Prüfsonde vollständig vergossen eingekapselt und daher gegen Verunreinigung und Beschädigung weitestgehend geschützt. Das von einer Feldspule der Prüf­ sonde erzeugte hochfrequente elektromagnetische Wechselfeld (typischerweise 3 bis 10 kHz) durchdringt bei der Messung die in einem gewissen Abstand (typischerweise ca. 1 mm) von der Prüfsonde angeordneten oberflächennahen Bereiche des Prüfma­ terials und induziert dort Wechselströme, deren Intensität - abhängig von der Erregerfrequenz sowie der Leitfähigkeit und Permeabilität des Prüfmaterials - von der Oberfläche her zum Inneren des Prüfmaterials rasch exponentiell abnimmt. Die somit im wesentlichen in einer oberflächennahen "Haut" des Prüfgegenstandes wirksamen Wirbelströme wirken durch Gegenin­ duktion auf die Spulen der Sonde zurück. Die durch die Wirbelströme erzeugte Gegeninduktion, die in dem die Meßspule umfassenden Signalverarbeitungs-Schaltkreis durch Änderung der Impedanz eine Verstimmung bewirkt, hängt in ihrer Größen­ ordnung zunächst in charakteristischer Weise vom Abstand zwischen Sonde und Oberfläche ab.

Auswertungen dieser abstandsspezifischen Verstimmungen können daher zur Abstandskontrolle genutzt werden, also z. B. auch zur Exzentrizitätskontrolle von Bohrungen. Werden die ab­ standsspezifischen Verstimmungen separiert oder z. B. durch eine elektronische Signalkompensation kompensiert, so kann die der Abstandsinformation überlagerte Information besonders einfach analysiert werden. Bei einer ideal glatten, homogenen Oberfläche, an der eine Wirbelstromsonde in konstantem Abstand vorbeigeführt wird, wird der konstanten Abstandsin­ formation kein rauhigkeitsbedingter Störpegel überlagert sein. Rauhigkeiten der Oberfläche, oder auch Risse oder andere Inhomogenitäten in den oberflächennahen Bereichen, führen dagegen zu signifikanten und charakteristischen Störungen der Wirbelstromausbreitung im Sinne einer Vergröße­ rung des elektrischen Widerstandes bzw. eine Verkleinerung der Leitfähigkeit und damit zu charakteristischen Meßsig­ nalen. Die aus diesen Meßsignalen ermittelten Werte für die "elektrische" Rauhigkeit können direkt zur Qualitätskontrolle benutzt oder bei Bedarf z. B. durch Kalibrierung mit "elek­ trischen" Rauhigkeiten von Vergleichsproben bekannter Rauhig­ keit in tatsächliche Oberflächenrauhigkeiten umgewandelt werden.

Ein bemerkenswerter Vorteil der Wirbelstromtechnik besonders gegenüber mechanischen, mit Berührtastern arbeitenden Verfah­ ren, ist die hohe erreichbare Prüfgeschwindigkeit. So sind heute mit Wirbelstromsonden lineare Prüfgeschwindigkeiten von bis zu einigen m/s, typischerweise etwa 3 m/s, bereits reali­ siert. Ein erfindungsgemäßes Prüfwerkzeug könnte somit z. B. bei einem Durchmesser einer zu prüfenden Bohrungen von 100 mm ohne weiteres mit 600 U/min oder darüber rotieren. Insbeson­ dere bei Ausführungsformen, die für hohe Drehzahlen vor­ gesehen sind, könnte der Rundlauf des Prüfwerkzeuges durch entsprechende Massenkompensationsmittel dadurch optimiert werden, daß der Schwerpunkt des Prüfwerkzeuges bei jeder Einstellung einer Sondenaufnahme vorzugsweise auf der Dreh­ achse des Prüfwerkzeuges liegt.

Zeichnungs-Kurzbeschreibung

Diese und weitere Merkmale der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und der Zeichnung hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfä­ hige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht mit teilweisem Schnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform der Prüfvorrichtung.

Fig. 2 das Detail II aus Fig. 1 mit berührungslos ar­ beitenden Rotierübertragern.

Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform der Prüfvorrich­ tung umfaßt mehrere gegeneinander beweglich miteinander verbundene Baugruppen, die zusammen ein Prüfwerkzeug 11 bilden. Kernstück ist dabei ein Sondenführungsmittel 12, das an seinem oberen Ende ein in Form eines (genormten) Mor­ sekegels ausgebildete Aufnahmemittel 13 für die Einspannung des Prüfwerkzeuges 11 in das Spannfutter einer Bearbeitungs­ vorrichtung, wie z. B. einer Bohrmaschine, aufweist. Der an den Morsekegel 13 anschließende zylindrische Schaft des Sondenführungsmittels 12 weist an seinem unteren, teilweise abgeschrägten Ende einen um 45° gegen die Zylinderachse gekippten Führungskanal auf, der eine langgestreckte Son­ denaufnahme 14 umfaßt. Die Sondenaufnahme kann in Richtung ihrer Längsachse innerhalb des Führungskanals verschoben werden, wobei ihre Längsstellung im Führungskanal durch eine quer zur Verstellrichtung eindrehbare Feststellschraube 15 fixiert werden kann. Im unteren Endbereich der Sondenaufnahme 14 ist teleskopartig in dieser entlang ihrer Längsachse verschiebbar und federnd gegen diese gelagert ein Sondenträ­ ger 16 angeordnet, in dessen halbkugelförmig abgerundetem Endbereich eine als Wirbelstromsonde ausgebildete Prüfsonde 17 angeordnet ist. Die Längsachse der Prüfsonde 17 ist gegen die Längsachse der Sondenaufnahme 14 um 45° gekippt und steht in radialer Richtung zur Zylinderachse des Sondenführungs­ zylinders 12. Die Prüfsonde 17 beschreibt damit bei Drehung des Sondenführungszylinders 12 um seine Zylinderachse eine kreisförmige Prüfbahn, deren Durchmesser durch die Verschie­ bung der Sondenaufnahme 14 in ihrem Führungskanal einstellbar ist.

Ebenfalls im Rahmen dieser Erfindung ist eine vorteilhafte Ausführungsform, bei der eine oder mehrere Sondenträger und Prüfsonden aufweisende Sondenaufnahmen in Form von Hebeln ausgebildet sein können, die im unteren Bereich des Son­ denführungsmittels um parallel zur Drehachse des Prüfwerkzeu­ ges verlaufende Achsen drehbar gelagert sein können, so daß je nach Drehstellung der Hebel die in einem Endbereich der Hebel angeordneten Prüfsonden mehr oder weniger weit von der Prüfwerkzeug-Drehachse entfernt angeordnet sind. Bei zweck­ mäßiger Ausbildung der Hebel, z. B. als Parallelogramm-Träger, kann auch erreicht werden, daß die Prüfsonden unabhängig von der Stellung der Träger immer mit ihrem optimalen Wirkungsbe­ reich etwa radial zur Drehachse des Prüfwerkzeuges ausgerich­ tet sind. Bei anderen Ausführungsformen könnten eine oder mehrere Sondenträger und Prüfsonden aufweisende langgestreck­ te Sondenaufnahmen auch in Richtungen radial zur Drehachse des Prüfwerkzeuges ausgerichtet und in diesen Richtungen ver­ schiebbar sein.

Die elektrische Verbindung der Prüfsonde 17 mit einer (nicht gezeigten) Leistungsversorgungs- und Auswerteeinheit wird teilweise durch Sondenkabel 18 erreicht, die innerhalb des Sondenführungszylinders 12 durch Sondenkontakte 19 abge­ schlossen sind. Die Sondenkontakte 19 stehen in berührungs­ losem und verschleißfrei arbeitendem, durch elektromagneti­ sche Wechselfelder vermittelten Übertragungskontakt mit gleichartig aufgebauten Anschlußkontakten 20, die über Anschlußkabel 21 elektrisch leitend mit einem Anschlußstecker 22 verbunden sind, über den die Prüfsonde 17 des Prüfwerkzeu­ ges 11 somit mit der Leistungsversorgungs- und Auswerteein­ heit verbunden werden kann. Der Anschlußstecker 22 ist am Anschlußmittel 23 in der Nähe einer Druckgaskupplung 24 angeordnet, über den ein schnell herstellbarer und wieder lösbarer Anschluß des Druckgaskanalsystems des Prüfwerkzeuges 11 mit einer externen, nicht gezeigten Druckgasversorgung erreicht wird.

Das Druckgaskanalsystem des Prüfwerkzeuges 11 weist im Anschlußmittel 23 einen Anschlußkanal 25 auf, der in unmit­ telbarer Nähe des Sondenführungszylinders 12 in einer im Anschlußmittel 23 ausgebildeten, teilweise durch Druckgas­ dichtungen 26 abgedichteten Ringnut 27 mündet, der auf der Seite des Sondenführungszylinders 12 offene Enden von Füh­ rungszylinderkanälen 28 gegenüberstehen, die im Bereich der Sondenaufnahme 14 in einer in dieser ausgebildeten Druck­ gasführung 29 münden, die durch Dichtungen 30 nach außen abgedichtet ist und im Bereich der Prüfsonde 17 nach außen mündet.

Der Sondenführungszylinder 12 ist über zwei Lager 31 um seine Zylinderachse drehbar im Anschlußmittel 23 gelagert. Das Anschlußmittel 23 selbst dagegen ist über einen Verdrehschutz 32 gesichert starr und lösbar mit unbewegten Teilen der Bearbeitungsvorrichtung 33 verbindbar.

Funktion

Während der Bearbeitung eines Werkstückes 34 in der Bear­ beitungsvorrichtung, z. B. also während der Bohrung eines Kugellagersitzes, ist das Prüfwerkzeug 11 im Werkzeugmagazin der Bearbeitungsvorrichtung untergebracht. Nach Beendigung der Bearbeitung greift ein Greifer das (ausgespannte) Bear­ beitungswerkzeug, setzt es im Werkzeugmagazin ab, ergreift das Prüfwerkzeug 11 und bewegt es zum Spannfutter der Bohrma­ schine. Dort wird der Morsekegel 13 des Prüfwerkzeuges 11 eingesetzt und eingespannt. Vorzugsweise gleichzeitig mit der Einsetzbewegung des Morsekegels rastet der Verdrehschutz 32 des Anschlußmittels 23 an der Bearbeitungsvorrichtung 33 ein, wobei eine Entriegelung einer (nicht dargestellten) Sicherung betätigt wird, die bei dem nicht eingespannten Prüfwerkzeug 11 eine Verdrehung des Sondenführungszylinders 12 gegen das Anschlußmittel 23 verhindert. Durch den Einbau des Prüfwerk­ zeuges 11 entsteht somit eine kraftschlüssige Verbindung zwischen Sondenführungszylinder 12 und der Spindel der Bohrmaschine, sowie eine formschlüssige Verbindung zwischen Anschlußmittel 23 und dem Körper der Bearbeitungsmaschine 33.

Die axiale Stellung der Sondenaufnahme 14 in ihrem Führungs­ kanal ist dabei so gewählt, daß sich die Prüfsonde 17 im Abstand von typischerweise 1 mm von der durch die Bearbeitung geschaffenen Oberfläche 35 des Werkstückes 34 befindet. Da der Absolutwert des Abstandes für die Prüfung der Oberflä­ chenunregelmäßigkeit nicht kritisch ist und sein Effekt auf die Meßgröße ggf. durch elektronische Signalkompensation kompensiert werden kann, könnte die Durchmessereinstellung der Sondenprüfbahn im einfachsten Fall manuell vorgenommen und die Stellung der Sondenaufnahme 14 im Sondenführungszy­ linder 12 mit Hilfe der Feststellschraube 15 fixiert werden. Denkbar ist auch, mehrere Prüfwerkzeuge 11 mit verschiedenen Einstellungen der Sondenaufnahme 14, also verschiedenen Prüfdurchmessern, im Werkzeugmagazin vorzusehen und somit ohne Eingriff eines Bedieners Werkstücke mit verschiedenen Durchmessern und/oder ein Werkstück nach mehreren materialab­ hebenden Bearbeitungszyklen zu prüfen. Es ist auch möglich, automatisch arbeitende, z. B. über die Abstandsmessung der Signalkompensation gesteuerte Verstelleinrichtungen für die Position der Sondenaufnahme 14 im Sondenführungszylinder 12 vorzusehen, über die jederzeit bei eingesetztem Werkzeug ohne Eingriff eines Bedieners verschiedene Prüfdurchmesser einge­ stellt werden können.

Durch Einstecken eines Kabels für elektrische Versorgung und Prüfsignale in den Anschlußstecker 22 und eines Druckgas­ zufuhrkabels in den Druckgasstecker 24 wird das Prüfwerkzeug 11 schnell und sicher mit der externen Versorgungs- und Auswerteeinheit bzw. der externen Druckgaseinheit verbunden. Auch für die Schaffung dieser Verbindungen zu externen Einrichtungen sind automatische Lösungen denkbar, bei denen insbesondere gleichzeitig mit dem Einrasten des Verdreh­ schutzes 32 am Bearbeitungswerkzeug 33 die Kontakte für Druckgaszufuhr bzw. elektrische Versorgung und Signalauswer­ tung hergestellt werden können.

Bei eingeschalteter Druckgasversorgung gelangt dann Druckgas durch die Druckgaskanalsysteme von Anschlußmittel 23, Son­ denführungszylinder 12 und Sondenaufnahme 14 in den Bereich der Prüfsonde 17, wo es durch geeignete Formgebung der Kanäle im Austrittsbereich die der Oberfläche 35 zugewandten Teile der Prüfsonde 17 und die den Meßbereich der Prüfsonde auf der Oberfläche umfassenden Bereiche von Verunreinigungen, ins­ besondere Bearbeitungsrückstände wie Metallspänen, permanent befreit bzw. freihält. Diese permanente Reinigung des Prüfbe­ reiches stellt sicher, daß jederzeit nur die tatsächliche Oberfläche des Werkstückes 34 geprüft wird.

Der Sondenführungszylinder 12 wird nun durch Drehung der Spindel in Rotationsbewegung gesetzt, wobei der Meßbereich der Prüfsonde bei ausgeschaltetem Vorschub des das Werkstück tragenden Tisches eine kreisförmige Bahn auf der bearbeiteten Oberfläche 35 des Werkstückes 34 überstreicht. Die Abtast­ breite der Prüfbahn kann dabei entsprechend der Auslegung der Prüfsonde 17 typischerweise zwischen 2 und 7 mm liegen. Eine lückenlose Prüfung der gesamten bearbeiteten Oberfläche kann dann z. B. dadurch erreicht werden, daß nach jeder Umdrehung des Sondenführungszylinders 12 das Werkstück schrittweise um maximal den Betrag der Abtastbreite der Prüfbahn in Richtung der Sondenführungszylinderachse auf oder ab bewegt wird, oder auch dadurch, daß bei kontinuierlichem Vorschub der Spindel um maximal den Betrag einer Abtastbreite pro Umdrehung des Sondenführungszylinders 12 eine spiralförmig auf der Oberflä­ che 35 verlaufenden Prüfbahn erzeugt wird.

Sollte es durch Fehlbedienungen zu einer Berührung der Prüfsonde 17 oder des Sondenträgers 16 mit dem Werkstück 34 oder mit in den Prüfbereich gelangten Gegenständen kommen, so werden die Prüfsonde und das Prüfwerkzeug vor Zerstörung dadurch geschützt, daß der elastisch nachgiebig in der Sondenaufnahme 14 gelagerte und in dieser teleskopartig axial verschiebbare Sondenträger 16 durch die bei der Berührung auftretenden Kräfte aus seiner Lage gedrückt wird und ggf. über eine Sicherheitsabschaltung die Abschaltung von Werk­ zeugvorschub und/oder Prüfwerkzeugantrieb bewirken kann.

Bei der Ausführungsform des Prüfwerkzeuges 11 nach Fig. 1 bilden die berührungslos und verschleißfrei arbeitenden transformatorischen Rotierübertrager 19 bzw. 20 ideal an die mit hochfrequenter Wechselspannung betriebene Wirbelstrom­ sonde 17 angepaßte Übertragungsmittel von der (beweglichen) Prüfsonde zu dem (unbewegten) Anschlußmittel. In Fig. 2 ist der Aufbau der Rotierübertrager 19, 20 im Detail dargestellt. Jeder der einander direkt gegenüber im Sondenführungsmittel 12 bzw. im Anschlußmittel 23 angeordneten Rotierübertrager weist eine Kupferwicklung 36 und daran anschließend einen im Querschnitt U-förmigen Ferritkern 37 auf. Ferrite sind hier als Transformatorkernmaterial besonders geeignet, da sie zwar magnetisierbar, elektrisch aber fast nicht leitend sind und daher in ihnen fast keine Wirbelstromverluste auftreten. Eine Signalübertragung erfolgt daher über derartige Rotierübertra­ ger fast verlustfrei und auch sehr verzerrungsarm. Durch die ferritischen Transformatorkerne sind die Kupferwicklungen 36 über den Luftspalt 38 hinweg transformatorisch gekoppelt, wobei ein elektromagnetisches Wechselfeld den Luftspalt überbrückt.

Bei ebenfalls im Rahmen dieser Erfindung liegenden Prüfvor­ richtungen, die nach anderen Meßprinzipien, also z. B. nach optoelektronischen, mechanisch-elektronischen oder pneumati­ schen Methoden arbeiten, könnten die Vorteile der Rotierüber­ trager z. B. dadurch genutzt werden, daß die Prüfsignale der jeweiligen Prüfsonden im Sondenführungszylinder 12 in elek­ trische Spannungen umgewandelt werden, die dann auf hochfre­ quente Wechselspannungen aufmoduliert werden.

Claims (13)

1. Prüfvorrichtung zur Prüfung von Oberflächenunregelmäßig­ keiten, insbesondere Oberflächenrauhigkeiten von Werk­ stücken vorzugsweise direkt zwischen oder nach Bear­ beitungszyklen mit mindestens einer relativ zum Prüfge­ genstand bewegbaren Prüfsonde (17) zur Erzeugung einer durch die Oberflächenbeschaffenheit signifikant ver­ änderbaren physikalischen Größe und einem Detektor für die Änderung der Größe bei Relativbewegung zwischen Prüfsonde (17) und Werkstück (34) sowie einer Einrich­ tung zur elektrischen Versorgung der Prüfsonde (17) und zur Aufnahme der von der Prüfsonde (17) gelieferten Signale, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfsonde (17) an oder in einem an Stelle eines Bearbeitungswerkzeuges an einer Bearbeitungsvorrichtung (33) anbringbaren Prüfwerkzeug (11) angeordnet ist.

2. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Prüfwerkzeug (11) automatisch oder manuell in eine Bearbeitungsvorrichtung (33) einwechselbar bzw. aus dieser auswechselbar ist.

3. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Prüfwerkzeug (11) vorzugsweise ge­ normte Aufnahmemittel (13) zur Aufnahme des Prüfwerk­ zeuges (11) in die Bearbeitungsvorrichtung (33) und ggf. in ein Werkzeugmagazin aufweist.

4. Prüfvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Prüfwerkzeug (11) ein mit unbewegten Teilen der Bearbeitungsvorrichtung (33) verbindbares Anschlußmittel (23) und gegen das An­ schlußmittel (23) bewegliche, mit bewegbaren Teilen der Bearbeitungsvorrichtung (33) verbindbare Sondenführungs­ mittel (12) aufweist.

5. Prüfvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußmittel (23) durch einen Verdrehschutz (32) verdrehsicher und lösbar an der Bearbeitungsvor­ richtung (33) befestigbar ist.

6. Prüfvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Prüfwerkzeug (11) zwischen der Prüfsonde (17) und dem Anschlußmittel (23) Leitungsmittel (18; 21) und berührungslos arbeitende Übertragungsmittel (19; 20) für die Übertragung der elektrischen Versorgung der Prüfsonde (17) und der von der Prüfsonde (17) gelieferten Signale aufweist.

7. Prüfvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als berührungslos arbeitende Übertragungsmittel (19; 20) insbesondere verschleißfreie Rotierübertrager vorgesehen sind, bei denen die Übertragung elektrischer Wechselspannungen über einen Luftspalt hinweg über von den Wechselspannungen induzierte elektromagnetische Wechselfelder erfolgt, die wiederum elektrische Wech­ selspannungen induzieren.

8. Prüfvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfsonde eine Wir­ belstromsonde ist.

9. Prüfvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Prüfwerkzeug (11) Reinigungsmittel zur Reinigung und/oder Reinhaltung der Prüfsonde (17) und des Prüfgegenstandes (34) aufweist.

10. Prüfvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Prüfwerkzeug (11) zwischen der Prüfsonde (17) und dem Anschlußmittel (23) nach außen abgedichtete, teilweise nicht-starre Übertra­ gungsmittel (26; 27; 28; 29; 30) für die Übertragung eines fließfähigen Reinigungsmediums aufweist.

11. Prüfvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Position der Prüfsonde (17) im Prüfwerkzeug (11) verstellbar ist.

12. Prüfvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfsonde (17) in einem gegenüber der Sondenaufnahme (14) elastisch nachgiebig gelagerten und gegenüber der Sondenaufnahme (14) axial teleskopartig verschiebbaren Sondenträger (16) angeord­ net ist.

13. Prüfvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine als Wirbelstromsonde ausgebil­ dete Prüfsonde (17) in einem in einer Sondenaufnahme (14) elastisch nachgiebig gelagerten und in dieser teleskopartig axial verschiebbaren Sondenträger (16), wobei die Sondenaufnahme (14) im zylindrischen Schaft eines Sondenführungsmittels (12) quer verschiebbar und in seiner Position durch Feststellmittel (15) fixierbar ist, durch einen an dem Sondenführungsmittel (12) ausgebildeten Morse- oder Steilkegel (13) zur Aufnahme des Sondenführungsmittels (12) in die Spindel einer Bearbeitungsmaschine (33), durch berührungslos und verschleißfrei arbeitende Rotierübertrager (19; 20) für die Übertragung von elektrischer Versorgung und Prüf­ signalen sowie durch abgedichtete Übertrager (26; 27; 28; 29; 30) zur Übertragung von Druckgas zwischen einem durch einen Verdrehschutz (32) verdrehsicher an einer Bearbeitungsmaschine (33) lösbar befestigbaren Anschluß­ mittel (23), welches lösbare Verbindungsmittel (22; 24) zur Verbindung mit einer Versorgungs- und Auswerteein­ heit für Prüfsignale sowie zu einer Druckgasversorgung aufweist, und dem Bereich der Prüfsonde (17).