DE4410195C1 - Verfahren und Anordnung zum Messen kegliger Gewinde - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen kegliger Innengewinde, insbesondere auf Koordinatenmeßgeräten nach dem Ein- oder Zweikugelmeßverfahren gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Sie ist geeignet zum Vermessen von kegligen Innen- und Außengewinden.

Es sind Zweikugelmeßverfahren und Anordnungen zur Durchführung dieser Verfah­ ren bekannt, welche im Zusammenhang mit einem Einkoordinatenmeßgerät ange­ wendet werden. Dabei werden zwei Meßbügel mit Meßkugeln benutzt, welche an Pinolen des Meßgerätes angeordnet sind und in gegenüberliegenden Gewindegän­ gen eines Innengewindes zur Anlage gebracht werden, wobei der Prüfling auf einem schwimmend gelagerten Meßtisch des Meßgerätes aufgenommen ist. Eine solche Me­ thode wird jedoch bisher nur für die Messung zylindrischer Innengewinde angewen­ det (DE-GM 87 11 490). Weiterhin ist es aus dieser Druckschrift bekannt, zur Anta­ stung des Prüflings einen einfach oder doppelt gekröpften Meßbügel an der Meß­ pinole vorzusehen, der zwei, mit je einer Meßkugel versehene Arme besitzt, wobei die Meßkugeln in Meßrichtung jeweils entgegengesetzt zueinander an den Armen befestigt sind und vorzugsweise einen definierten Abstand voneinander besitzen. Diese Meßkugeln werden an gegenüberliegenden Gewindeflanken zur Anlage ge­ bracht.

Der Flankendurchmesser eines kegligen Gewindes ist in einer Prüfebene (senkrecht zur Kegelachse) definiert, die von der Stirnfläche des Gewindes einen bestimmten Abstand hat (DIN 158; DIN 2999).

Auf die Messung kegliger Innengewinde lassen sich die bei zylindrischen Innengewin­ den vorhandenen Verhältnisse nicht ohne weiteres übertragen. So wird man sich in der Fertigung möglichst auf das summarische Prüfen der Bestimmungsgrößen mit Hilfe von Lehren beschränken. Bei Lehren, zu denen auch Gewinderinge mit kegligem Innengewinde gehören, müssen jedoch die einzelnen Bestimmungsgrößen des jewei­ ligen Gewindes bestimmt werden. Diese Messungen stellen schwierige Meßprobleme dar. Zur Messung kegliger Außengewinde wird häufig die Dreidraht-Methode ange­ wendet (W. Langsdorff "Messen von Gewinden", Springer Verlag Berlin, Heidelberg, New York 1974, Seiten 69 bis 74 und H. Zill "Messen und Lehren im Maschinen- und Feingerätebau", B. G. Teubner Verlagsgesellschaft Leipzig 1956, Seiten 183 und 184).

Bezüglich der Ausführung der Lehren muß jedoch der Anwender entscheiden, welche Größen oder Bestimmungsstücke an den Prüflingen gemessen werden sollen. Müssen alle Bestimmungsgrößen eines Gewindes in ihrem Zusammenwirken geprüft werden, sind als Lehren keglige Gewindelehrringe oder -lehrdorne zu verwenden. Solche Lehrringe oder Lehrdorne müssen aber mit der notwendigen Genauigkeit selbst vermessen sein, bzw. es muß nach einem gewissen Gebrauch solcher Gewindelehren deren Maßhaltigkeit überprüft werden, was bisher sehr umständlich und aufwendig oder recht ungenau war. So wurde z. B. ein Lehrdorn mit zylindrischem Gewinde in ein kegliges Innengewinde eingeschraubt, und aus der Einschraubtiefe wurde auf die Größe des Flankendurchmessers geschlossen. Die Kenntnis des Flankendurchmessers und/oder der Abweichungen vom Kegelwinkel ist jedoch wesentlich zur Beurteilung einer Gewindelehre.

Aus der DE 31 19 629 A1 ist ein Verfahren zum Spannen und Positionieren von Präzisionsteilen auf Mehrkoordinatenmeßmaschinen bekannt. Dabei werden Teile auf einer Platte aufgenommen und deren Lage zur Platte bestimmt. Die Platte wird auf eine um drei orthogonale Achsen schwenkbare Plattenaufnahme der Bearbeitungsmaschine aufgelegt. Es erfolgt eine Positionierung der Plattenaufnahme und damit auch eine Werkstückpositionierung zur Maschinenachse. Für die Messung von Bestimmungsgrößen kegliger Gewinde ist dieses Verfahren jedoch nicht geeignet.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zum Messen kegliger Gewinde zu schaffen, mit welchen erstmals in einfacher Weise und mit der notwendigen Genauigkeit Bestimmungsgrößen solcher Gewinde auf Koordinatenmeßgeräten effektiv gemessen werden können.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Verfahren zum Messen kegliger Gewinde mit den im kennzeichnenden Teil des ersten Patentanspruches angegebenen Mitteln gelöst. Weitere Einzelheiten und Ausführungsformen der Erfindung, insbesondere eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens, sind in den weiteren Unteransprüchen aufgeführt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird es in einfacher Weise möglich, mit ge­ ringem technischen Aufwand auf vorhandenen Koordinatenmeßgeräten ohne kom­ plizierte Zusatzgeräte hochgenaue Messungen an kegligen Innen- und Außengewinden vorzunehmen. Damit können auch solche Kenn- und Bestimmungsgrößen von kegligen Gewinden gemessen werden, die man bisher gar nicht oder nur grob durch Lehren ermitteln konnte. Es ist ein einfacher meßbar einstellbarer Tisch vorgesehen, welcher auf dem Gerätetisch des Koordi­ natenmeßgerätes angeordnet und winkelmäßig in bezug auf die Ebene des Gerätetisches (X-Y-Ebene) durch Kippung um die Y-Achse verstellbar ist, wobei die X-Achse senkrecht zur Y-Achse verläuft. Auf diesem Tisch wird der Prüfling aufgespannt und kann durch Verstellung des Tisches in einfacher Weise so eingestellt werden, daß eine Antastung der Gewindeflanken auch in verschiedenen Z-Koordinaten durch den Taster erfolgen kann. Der Tisch ist als ein Sinustisch ausgebildet ist. Die winkelmäßige Einstellung des Sinustisches kann durch Endmaße vorgenommen werden, welche unter dem freien Ende des Sinustisches angeordnet werden. Durch Heben oder Senken des Sinustisches wird der Prüfling so eingestellt, daß die jeweilige Flankendurchmesserlinie des zu prüfenden kegligen Innen- und Außengewindes, entlang welcher die Antastung des Gewindes mit dem Meßtaster erfolgt, parallel zur Z-Achse des Koordinatenmeßgerätes und damit senkrecht zur durch den Gerätetisch des Gerätes festgelegten X-Y-Ebene verläuft.

Die Kalibrierung des zur Messung verwendeten Meßtasters, welche vor der eigentlichen Messung durchgeführt werden muß, wird in einfacher Weise mittels eines auf dem horizontal eingestellten Sinustisch aufgespannten Kalibrierringes in an sich bekannter Weise vorgenommen, indem der Kalibrierring an diametral gegenüberliegenden Stellen mit Umkehrpunktermittlung angetastet wird und die ermittelten Antastwerte zur Bestimmung der bei den späteren Messungen zu berücksichtigenden Meßtasterparameter ausgewertet werden. Nach der Beendigung der Kalibrierung wird der Kalibrierring entfernt und an seine Stelle der Prüfling auf den Tisch aufgelegt. Durch Einstellen des als Sinustisch ausgebildeten Tisches derart, daß eine erste Flankendurchmesserlinie des Prüflings senkrecht zur X-Y-Ebene ausgerichtet ist, und durch Antasten des Gewindes in mindestens einem Gewindegang werden Meßdaten on line aufgenommen und einer Auswerteeinrichtung zugeführt und dort gespeichert.

In einem weiteren Verfahrenschritt wird der Sinustisch nun so verstellt, daß eine zweite, zur ersten Flankendurchmesserlinie diametral gegenüberliegende Flanken­ durchmesserlinie senkrecht zur X-Y-Ebene eingestellt ist. In dieser Einstellung wird nun ebenfalls eine Antastung des zu prüfenden Gewindes in mindestens einem Gewindegang vorgenommen und die on line aufgenommenen Meßdaten ebenfalls der Auswerteeinrichtung zugeführt.

Anhand der so ermittelten Meßwerte werden durch die Auswerteeinrichtung die zu messenden Kenn- und Bestimmungsgrößen des zu messenden kegligen Gewindes mit Hilfe einer entsprechenden Software errechnet. Eine solche Bestimmungsgröße kann z. B. der Flankendurchmesser sein.

Nach diesem Verfahren können z. B. auch der Kegelwinkel oder Fehler desselben bestimmt oder Winkelfehler des Tisches eliminiert werden. In diesen Fällen erfolgt die Antastung des Gewindes des Prüflings in mindestens zwei Gewindegängen entlang mindestens einer Flankendurchmesserlinie, wobei auch hier die ermittelten Meßdaten on line aufgenommen und der Auswerteeinrichtung zugeführt werden.

Zur Messung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es vorteilhaft, einen Fühlhebelmeßtaster mit einem T-förmigen Tastelement zu verwenden, welcher parallel zur X-Achse des Meßgerätes ausgerichtet ist. Der Kugeldurchmesser ist dabei vorteilhaft so zu wählen, daß sich die Berührungspunkte der Kugel mit dem Innengewinde bei Zweiflankenanlage nahe dem jeweiligen Flankendurchmesser befinden. Die Meßwerte werden nach Umkehrpunktermittlung bei jeder Antastung dann on line an die Auswerteeinrichtung gegeben.

Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zum Messen kegliger Außen- und Innengewinde auf einem Koordinatenmeßgerät umfaßt einen entlang mindestens zweier Koordinatenachsen (Y; Z) bewegbaren Gerätetisch, auf dem ein Sinustisch angeordnet ist, welcher winkelmäßig in bezug auf den Gerätetisch einstellbar ist und den Prüfling aufnimmt. Am Koordinatenmeßgerät ist ferner ein in Richtung der Z-Achse einstell- und justierbarer Meßtaster mit einem Tastelement vorgesehen, das in Richtung der X-Achse auslenkbar ist. Vorteilhaft verläuft die Schwenkachse des Sinustisches parallel zur Y-Achse. Es ist eine meßbare Relativbewegung zwischen Tisch und Meßtaster in X-Richtung notwendig.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine Anordnung zum Messen kegliger Innengewinde mit aufgelegtem Kalibrierring und

Fig. 2 und 3 jeweils den Sinustisch mit aufgelegtem Prüfling in unterschiedlichen Winkeleinstellungen.

Die Erfindung soll am Beispiel der Messung kegliger Innengewinde näher erläutert werden, wobei die Verhältnisse hierbei auch auf die Messung von Außengewinden und auch gerader Kegel übertragbar sind.

Fig. 1 zeigt eine stark vereinfachte Darstellung eines Koordinatenmeßgerätes (KMG) 1, welches zur Messung von kegligen Innengewinden gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren geeignet ist. Auf einem Gerätetisch 2 des KMG 1, der entlang mindestens zweier Koordinatenachsen Y und Z bewegbar ist (durch Pfeile angedeutet), ist ein meßbar verschiebbarer Tisch 3, ein Sinustisch, vorgesehen, welcher um eine zur Y-Koordinate ausgerichtete Drehachse 6, welche auf der X-Z-Ebene senkrecht steht, winkelmäßig zum Gerätetisch 2 einstellbar ist. Die Einstellung des Tisches 3 erfolgt dabei in an sich bekannter Weise durch Unterlegen von Endmaßen 4 unter das freie Ende 5 des als Sinustisch ausgebildeten Tisches 3, welches der Drehachse 6 gegenüberliegt. Wie der Fig. 1 weiterhin zu entnehmen ist, ist der Sinustisch horizontal eingestellt und auf ihm befindet sich ein Kalibrierring 7 zum Kalibrieren des am KMG 1 angeordneten Meßtasters 8 und seines Tastelementes 9. Das Tastelement 9 ist in Richtung der X-Koordinate oder X-Achse auslenkbar. Der Meßtaster 8 ist vorteilhaft in einem Federparallelogramm 13 am KMG 1 gelagert, um seine Ausrichtung entlang der Z-Achse zu ermöglichen. Der Durchmesser der Kugeln des Tastelementes 9 ist vorzugsweise so bemessen, daß die Berührungspunkte der Kugeln mit dem anzutastenden Innengewinde des Prüflings 10 im oder nahe dem Flankendurchmesser des Gewindes liegen (Fig. 2 und 3). Der Meßtaster 8 ist mit einer Auswerteeinrichtung elektrisch verbunden (nicht in den Figuren dargestellt).

Die Kalibrierung des Meßtasters 8 bei horizontal eingestelltem Sinustisch erfolgt in an sich bekannter Weise, indem mit dem Tastelement 9 zuerst an einer Seite der Kali­ brierring 7 angetastet wird. Danach wird der Tisch soweit in X-Richtung verschoben, bis das Tastelement 9 an der diametral gegenüberliegenden Seite des Kalibrierringes 7 anliegt. Ist beispielsweise das Tastelement 9 an einer verschiebbaren Pinole eines Meßgerätes (nicht in den Figuren dargestellt) vorgesehen, so wird diese bei feststehendem Tisch in X-Richtung verschoben. Die dabei aufgenommenen Meßdaten werden der Auswerteeinrichtung zugeführt und dort zur späteren Weiterverwendung gespeichert.

Nach diesem Kalibriervorgang wird der Prüfling 10 anstelle des Kalibrierringes 7 auf dem Tisch 3 positioniert und fixiert und der Tisch 3 durch Unterlegen einer solchen Kombination von Endmaßen 4 soweit gekippt, daß eine erste Flankendurch­ messerlinie 11 des zu prüfenden kegligen Innengewindes 14 senkrecht zur Oberfläche des Gerätetisches 2 ausgerichtet ist (Fig. 2). Der Kippwinkel gegenüber der horizontalen Lage des Tisches 3 entspricht dabei dem halben Kegelwinkel α des kegligen Innengewindes 14. Durch Antasten des Innengewindes 14 in einem ersten Gewindegang und danach in einem zweiten, in einer anderen Z-Koordinate liegenden Gewindegang werden Meßwerte aufgenommen und der nicht dargestellten Auswerteeinrichtung zugeführt und dort gespeichert.

Danach wird, wie in Fig. 3 dargestellt, der Tisch 3 durch Unterlegen einer anderen Kombination von Endmaßen 4 soweit nach oben gekippt, daß eine zweite, zur ersten Flankendurchmesserlinie 11 diametral gegenüberliegende Flankendurchmesserlinie 15 des kegligen Innengewindes 14 senkrecht zur Oberfläche des Gerätetisches 2 und damit auch parallel zur Meßtasterachse 12 verläuft. Durch Antasten des Innengewindes 14 in einem ersten und danach in einem zweiten, in einer anderen Z-Koordinate lie­ genden Gewindegang werden die Meßwerte aufgenommen, der Auswerteeinrichtung zugeführt und dort gespeichert.

Im nun folgenden Verfahrensschritt werden durch die Auswerteeinrichtung oder durch einen Rechner die zu bestimmenden Kenn- oder Bestimmungsgrößen des kegli­ gen Innengewindes 14, wie z. B. der Flankendurchmesser und/oder Abweichungen vom Kegelwinkel α, sowie Innen- und Außendurchmesser und Plausibilität der Teilflankenwinkel mit Hilfe einer entsprechenden Software berechnet und gegebenenfalls ausgegeben.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 bis 3 sind das Verfahren und die Einrichtung am Beispiel eines Mehrkoordinatenmeßgerätes beschrieben worden. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich jedoch auch mit einem Einkoordinatenmeßge­ rät ausführen, welches mit einem in der Höhe verstellbaren Gerätetisch und mit mindestens einer Meßpinole, an der das Tastelement angeordnet ist, ausgestattet ist. Auf diesem Gerätetisch wird der Sinustisch angeordnet, auf welchem der Prüfling zur Messung befestigt wird. Die Antastung des konischen Gewindes des Prüflings erfolgt mittels des Tastelementes in der oben beschriebenen Weise. Die Verarbeitung der aufgenommenen Meßdaten in der Auswerteeinrichtung kann in der bereits dargelegten Weise erfolgen.

Verfahren und Anordnung sind nicht nur auf die Messung kegliger Innen- und Außengewinde beschränkt. In einfacher Weise können auch, wie bereits oben angedeutet, glatte Innen- und Außenkegel geprüft und vermessen werden.

Claims (5)

1. Verfahren zum Messen von kegligen Gewinden nach dem Ein- oder Zweikugelmeßverfahren, insbesondere auf Koordinatenmeßgeräten, die mit einem Tisch und mit einem Meßtaster, welche beide relativ zueinander verschiebbar sind, ausgestattet sind, wobei am Meßtaster ein in einer Meßkoordinate auslenkbares Tastelement angeordnet ist, das nacheinander an unterschiedlichen Gewindeflanken des zu prüfenden Gewindes des Prüflings zur Anlage gebracht wird, und daß die durch die Antastung der Gewindeflanken des Prüflings gewonnenen Meßdaten einer Auswerteeinrichtung zur Ermittlung von Kenn- und Bestimmungsgrößen des zu messenden Gewindes zugeführt werden, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte

• - Kalibrierung des Meßtasters (8) des Koordinatenmeßgerätes (1) durch diame­ trales Antasten eines Kalibrierringes (7), der auf einem horizontal eingestellten, auf dem Gerätetisch (2) des Koordinatenmeßgerätes (1) angeordneten Tisch (3) aufgelegt ist, und Speicherung der aufgenommenen Meßdaten in der Auswerte­ einrichtung,
• - Positionierung des Prüflings (10) auf den Tisch (3) und Einstellen des Tisches (3) derart, daß eine erste Flankendurchmesserlinie (11) des kegligen Gewindes (14) senkrecht zur Oberfläche des Gerätetisches (2), also zur X-Y-Ebene, ausgerichtet ist, und Antasten des Gewindes (14) in mindestens einem Gewindegang und online-Aufnahme der Meßdaten und Speicherung derselben in der Auswerteeinrichtung, Einstellung des Tisches (3) derart, daß eine zweite, zur ersten Flankendurch­ messerlinie (11) diametral gegenüberliegende Flankendurchmesserlinie (15) des kegligen Gewindes (14) senkrecht zur Oberfläche des Gerätetisches (2), also zur X-Y-Ebene, ausgerichtet ist, und Antasten des Gewindes (14) in mindestens einem Gewindegang und on line-Aufnahme der Meßdaten und Speicherung derselben in der Auswerteeinrichtung,
• - Berechnung und Ermittlung der zu bestimmenden Kenn- und Bestim­ mungsgrößen des kegligen Gewindes (14) mit Hilfe der Auswerte­ einrichtung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung des Kegelwinkels und zur Eliminierung des Winkelfehlers des Tisches (3) die Antastung des Gewindes (14) des Prüflings in zwei Gewindegängen entlang mindestens einer Flankendurchmesserlinie (11; 15) erfolgt.

3. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 zum Messen kegliger Gewinde auf einem Koordinatenmeßgerät,

• - mit einem entlang mindestens zweier Koordinatenachsen (X-, Z-Achse) bewegbaren Gerätetisch (2), auf dem ein, den Prüfling (10) aufnehmender Sinustisch (3) angeordnet ist, welcher um eine parallel zur Y-Achse verlaufende Schwenkachse (6) kippbar ist;
• - mit einem am Koordinatenmeßgerät (1) angeordneten, in einer Z-Achse ausrichtbaren Meßtaster (8) mit einem entlang der X-Achse auslenkbaren Tastelement (9);
• - und mit einer Auswerteeinrichtung, welche mit dem Meßtaster (8) elektrisch verbunden ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der am Koordinatenmeßgerät (1) angeordnete Meßtaster (8) in Richtung einer senkrecht zur X-Y-Ebene verlaufenden Z-Achse einstellbar ist und dessen Tastelement (9) in der zur Y-Achse senkrecht verlaufenden X-Achse auslenkbar ist.

5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßtaster (8) ein T-förmiges Tastelement (9) besitzt.