DE69816648T2

DE69816648T2 - Optoelektronisches gerät zur prüfung der dimension und/oder der form von gegenständen mit komplizierter dreidimensionaler form

Info

Publication number: DE69816648T2
Application number: DE69816648T
Authority: DE
Inventors: Franco Danielli
Original assignee: Marposs SpA
Current assignee: Marposs SpA
Priority date: 1997-11-07
Filing date: 1998-10-09
Publication date: 2004-06-03
Anticipated expiration: 2018-10-10
Also published as: CN1278908A; MY119742A; CN1163725C; AU1227199A; IT1296542B1; WO1999024785A1; ITBO970661A0; US6425188B1; JP4067763B2; EP1029219A1; ITBO970661A1; EP1029219B1; DE69816648D1; JP2001522985A

Description

Die vorliegende Erfindung betrfifft eine optoelektronische Vorrichtung zur Prüfung der Dimension und/oder Form von Teilen, die eine Vielzahl von im wesentlichen planaren und wechselseitig parallelen Flächen besitzen, mit einer Basis, einem Verriegelungs- und Bezugssystem für ein zu prüfendes Teil, einer Detektionseinrichtung mit einem optoelektronischen System zum Vorsehen von Signalen, die die Dimensionen des zu prüfenden Teiles wiedergeben, einer Dreheinheit, mit der das Verriegelungs- und Bezugssystem oder das optoelektronische System verbunden ist, und einem System für die Längsverschiebung, das mit der Basis verbunden ist und eine Längsachse definiert, wobei die Dreheinheit oder das Verriegelungs- und Bezugssystem am Längsverschiebungssystem fixiert ist, um translatorische Verschiebungen in Längsrichtung und wechselseitige rotatorische Verschiebungen um die Längsachse zwischen dem Teil und dem optoelektronischen System zu ermöglichen, und das optoelektronische System die Signale im Verlauf der wechselseitigen rotatorischen Verschiebungen erzeugt.
Die Erfindung betrifft ferner eine optoelektronische Vorrichtung zur Prüfung der Dimension und/oder Form von Teilen, die Anschlagflächen und eine Vielzahl von im wesentlichen ebenen und wechselseitig parallelen Elementen umfassen, mit einer Basis, einem mit der Basis verbundenen Verschiebungssystem, das eine Längsachse besitzt und einen Schlitten zur Durchführung von translatorischen Verschiebungen in einer Richtung parallel zur Längsachse umfaßt, einer Dreheinheit zum Durchführen von rotatorischen Verschiebungen um die Längsachse, einem ersten Antriebssystem, das mit der Dreheinheit verbunden ist, um die rotatorischen Verschiebungen zu steuern, einem ersten Signalumformer zum Liefern von Signalen in Abhängigkeit von der Winkellage der Dreheinheit, einem zweiten Antriebssystem, das mit dem Verschiebungssystem verbunden ist, um die translatorischen Verschiebungen zu steuern, einem zweiten Signalumformer zum Liefern von Signalen in Abhängigkeit von der Position des Schlittens relativ zur Basis, einem optoelektronischen Detektionssystem, das ein Lager mit im wesentlichen C-Form mit zwei freien Enden und einem mittleren Abschnitt und mindestens eine Sendevorrichtung und mindestens eine Empfangsvorrichtung aufweist, die mit den freien Enden des Lagers verbunden sind, um einen in einer Ebene im wesentlichen senkrecht zur Längsachse angeordneten Lichtstrahl auszusenden und zu empfangen, und einem Verriegelungs- und Bezugssystem für das zu prüfende Teil, das Bezugsflächen zur Zusammenwirkung mit den Anschlagflächen des zu prüfenden Teiles zum Festlegen der Position des Teiles aufweist.
Teile mit einer komplexen Form sind beispielsweise in einer Hartplattenspeichereinheit von elektronischen Prozessoren vorhanden. Eine ähnliche Speichereinheit umfaßt eine „Hartplatte", die aus einer Vielzahl von Magnetplatten besteht, auf denen Daten in Sektoren gespeichert sind, die in konzentrischen Bahnen angeordnet sind. Die Magnetplatten sind derart auf einer rotierenden Spindel angeordnet, daß sie im wesentlichen parallel zueinander und generell im gleichen Abstand voneinander vorgesehen sind.
Eine Schreib/Leseeinheit für eine „Hartplatte" umfaßt ein Lager für magnetische Lese/Schreibköpfe, die eine bestimmte Zahl von dünnen Platten oder Flügeln aufweisen, welche im wesentlichen auf parallelen Ebenen angeordnet sind und jeweils mindestens einen Magnetkopf, beispielsweise einen Hall-Tastkopf, zum Lesen/Schreiben auf einer der Platten tragen.
Damit die Magnetköpfe auf sämtlichen Sektoren der Platte lesen/schreiben können, ist die Vorrichtung zum Lagern der magnetischen Lese/Schreibköpfe mit Hilfe eines Lagers mit einem Motor verbunden, der für deren Drehung um eine Achse senkrecht zu den von den Flügeln gebildeten Ebenen sorgt.
Um die richtige Funktionsweise der Lese/Schreibeinheit sicherzustellen, müssen die Flügel des Lagers für die magnetischen Lese/Schreibköpfe eben ausgebildet und parallel und unter vorgegebenen Abständen voneinander angeordnet sein und sich innerhalb von sehr engen Toleranzgrenzen bewegen.
Optoelektronische Vorrichtungen finden für das Prüfen der Dimension und/oder Form von mechanischen Teilen Verwendung. Diese Vorrichtungen umfassen beispielsweise ein optoelektronisches System mit einem Lichtsender und einem zugehörigen Empfänger zum Erzeugen und Empfangen eines Lichtstrahles, das auf einer Basis ruht, auf der sich ebenfalls ein Lager für das zu prüfende Teil befindet, das so angeordnet ist, daß der Lichtstrahl auf das Teil trifft.
Die internationale Patentanmeldung WO 87/07007 beschreibt beispielsweise eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs der Patentansprüche 1 und 15 zum kontaktfreien Prüfen von mechanischen Teilen mit rotationssymmetrischen Flächen, beispielsweise Kurbelwellen oder Nockenwellen. Eine solche Vorrichtung umfaßt einen Rahmen, zwei Reitstöcke, die mit dem Rahmen verbunden sind, zur Bezugnahme auf das Werkstück und zum Drehen desselben, eine erste optische Meßvorrichtung zum dynamischen Prüfen der diametralen Abmessungen und eine zweite optische Meßvorrichtung zum Prüfen der Schultern des Werkstückes, d. h. von Flächen, die sich senkrecht zur Achse des Werkstückes erstrecken.
Die EP-A-0 686 829 beschreibt eine Vorrichtung zum Prüfen von Kurbelwellen. Die Vorrichtung umfaßt eine Basis, einen Spindelstock und einen Reitstock, die mit der Basis verbunden sind, zur Bezugnahme auf das Werkstück und zum Drehen desselben und zwei Gruppen von Meßköpfen mit Fühlern zum Kontaktieren der zylindrischen Flächen des Werkstücks und zum dynamischen Prüfen der diametralen Abmessungen, während sich die Kurbelwelle um ihre Längsachse dreht.
Obwohl diese Vorrichtungen generell zuverlässig sind, garantieren sie nicht die Genauigkeit, die für das Prüfen von Teilen mit einer komplexen Form erforderlich ist, wie dies bei den vorstehend erwähnten Lagern für die Magnetköpfe der Fall ist, so daß die Prüfung im Hinblick auf die zunehmenden Anforderungen zum Miniaturisieren von entsprechenden Teilen noch kritischer wird.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Prüfung der Dimension und/oder Form von Teilen mit einer komplexen dreidimensionalen Form zu schaffen, die zuverlässig, präzise und besonders genau ist, im Verlauf der Prüfung keine Verformungen des Teiles verursacht und im Gebrauch flexibel ist.
Diese und andere Ziele werden durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 erreicht.
Ein weiteres Ziel der Erfindung betrifft die Schaffung einer optoelektronischen Vorrichtung, die besonders geeignet ist für das Prüfen der Dimension und/oder Form von Teilen mit Anschlagflächen und einer Vielzahl von im wesentlichen ebenen und wechselseitig parallelen Elementen, beispielsweise Lagern für die magnetischen Lese/Schreibköpfe für Hartplattenspeichereinheiten, und die eine besonders gute Zuverlässigkeit, Präzision, Flexibilität und Genauigkeit sichert.
Dieses und andere Ziele werden durch eine optoelektronische Vorrichtung nach Patentanspruch 15 erreicht.
Eines der durch die vorliegende Erfindung erzielten Hauptergebnisse besteht in der Möglichkeit, die gleiche Basisvorrichtung und einige Elemente, die durch die Durchführung von einfachen und raschen Vorgängen ausgetauscht werden können, zum Prüfen von Teilen mit unterschiedlichen Formen und Nennabmessungen zu verwenden.
Dieses Ergebnis ist besonders wichtig im Hinblick auf die große Vielzahl von Formen und Nennabmessungen, die Lager für Magnetköpfe besitzen, und die Schnelligkeit, mit der sich dieses Gebiet von Komponenten für die Industrie von elektronischen Prozessoren entwickelt.
Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen in größeren Einzelheiten erläutert. Von den Zeichnungen zeigen:
1 eine axonometrische Ansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung;
die Figuren 2A, 2B und 2C axonometrische Ansichten in einem vergrößerten Maßstab in bezug auf den der 1 von drei unterschiedlichen Teilen, die mit der in 1 gezeigten Vorrichtung geprüft werden können;
3 eine axonometrische Ansicht des Verriegelungs- und Bezugssystems für das Teil der in 1 gezeigten Vorrichtung in einem vergrößerten Maßstab in bezug auf den der 1, wobei das Teil im Schnitt dargestellt ist;
4 eine axonometrische Ansicht eines zweiten Verriegelungs- und Bezugssystems für das Teil;
5 eine Ansicht in vergrößertem Maßstab eines Details des zweiten Verriegelungs- und Bezugssystems der 4, wobei das Teil teilweise im Schnitt dargestellt ist;
6 eine axonometrische Ansicht eines dritten Verriegelungs- und Bezugssystems für das Teil;
7 eine axonometrische Ansicht in vergrößertem Maßstab eines Details des Verriegelungs- und Bezugssystems der 6;
8 schematisch ein Teil, das von der in 1 gezeigten Vorrichtung geprüft werden kann, wobei die Bezugsebene für die Prüfungen dargestellt ist; und
9 Diagramme von einigen Prüfungen, die von einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung durchgeführt wurden.
Die in 1 gezeigte Vorrichtung umfaßt eine Basis 1, mit der ein Längsverschiebungssystem 3 verbunden ist, das ein Lager 5, das beispielsweise mit Hilfe von Schrauben an der Basis 1 fixiert ist, aufweist, welches zwei Führungselemente 7 und 9 besitzt, mit denen ein Längsschlitten 11 verbunden ist, der eine Einheit lagert, genauer gesagt, einen Drehtisch 13. Ein Lager 15, das im wesentlichen Cförmig ausgebildet ist und eine Detektionseinrichtung trägt, die ein optoelektronisches Meßsystem aufweist, ist beispielsweise mit Hilfe von Schrauben an seinem mittleren Abschnitt 17 am Drehtisch 13 befestigt und trägt an den freien Enden 19 und 21 die Elemente des hiernach beschriebenen optoelektronischen Meßsystems.
Ein erstes Antriebssystem, das einen ersten Motor 27 aufweist, setzt den Drehtisch in die Lage, sich um eine Achse parallel zu einer Richtung zu drehen, die durch die Führungselemente 7 und 9 definiert wird. Geringe Drehverschiebungen des Drehtisches 13 im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn setzen die Enden 19 und 21 des Lagers 15, das das optoelektronische Meßsystem trägt, in die Lage, in einer Ebene im wesentlichen senkrecht zur Drehachse des Drehtisches 13 zu schwingen. Ein Begrenzungsblock 28, der am Schlitten 11 fixiert ist, besitzt zwei Stellschrauben 26 mit Enden, die das Lager 15 berühren können, um deren Schwingungen im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn zu begrenzen. Ein erster Drehsignalumformer oder Codierer 29, der Signale in Abhängigkeit von der Winkellage des Drehtisches 13 und somit des optoelektronischen Meßsystems liefert, ist mit dem Motor 27 verbunden. Der Längsschlitten 11 kann von einem zweiten Antriebssystem, das einen zweiten Motor 23 aufweist, entlang den Führungselementen 7 und 9 verschoben werden. Ein zweiter Drehsignalumformer oder Co dierer 25 stellt ein Signal in Abhängigkeit von der Position des Längsschlittens 11 relativ zur Basis 1 zur Verfügung.
Die Motoren 23 und 27, die Signalumformer 25 und 29 und die Teile des optoelektronischen Systems sind in bekannter Weise, die in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, mit einer Stromversorgungs-, Steuer-, Bearbeitungs- und Anzeigeeinheit 30 verbunden. Ein Verriegelungs- und Bezugssystem 31 für ein zu prüfendes Teil ist an der Basis 1 beispielsweise mit Schrauben fixiert. Dieses Verriegelungs- und Bezugssystem kann eine unterschiedliche Form und Konstruktion besitzen, beispielsweise in Abhängigkeit von den Abmessungen und der Zahl der Flügel, die das zu prüfende Teil besitzt, wie hiernach beschrieben.
Beispielsweise zeigen die 2A, 2B und 2C drei zu prüfende Teile 47, 33 und 63, die unterschiedliche Formen und Abmessungen besitzen. Diese Teile sind Bestandteile von Hartplattenspeichereinheiten, genauer gesagt Lager für magnetische Lese/Schreibkköpfe (oder „E-Blöcke"). Jedes Lager 33 und 47 besitzt zwei im wesentlichen ebene und parallele Elemente oder Flügel 36, während das Lager 63 sieben Flügel besitzt. Sämtliche Lager weisen Durchgangslöcher 52 auf, die Sitze für geeignete Lager bilden. Das Lager 33 führt im Unterschied zu den anderen beiden Lagern Prüfungen mit einem Lager 34 durch, das in seinen zugehörigen Sitz 52 eingesetzt ist. Genauer gesagt, das Lager 34, beispielsweise ein Kugellager eines bekannten Typs, besitzt einen Außenring und einen Innenring, die relativ zueinander um eine gemeinsame Achse rotieren können, wobei der Außenring fest mit dem Sitz 52 verbunden ist.
Das Verriegelungs- und Bezugssystem 31 für das Teil 47, das in 3 (und auch in 1) dargestellt ist, besitzt einen Arbeitstisch 49, der beispielsweise mit Hilfe von Schrauben mit der Basis 1 verbunden ist und auf dem ein Nasenteil 51 mit einer zylindrischen Zentrierungsfläche 81 montiert ist, um in ein Loch 52 des Lagers für die magnetischen Lese/Schreibköpfe 47 eingesetzt zu werden. Eine Schnellverriegelungsvorrichtung, insbesondere eine vertikale Preßvorrichtung 53 vom Hebeltyp, bringt Druck auf die Oberseite des Teiles 47 (das in bezug auf 2A umgekehrt angeordnet ist) auf, um eine ringförmige Bezugsfläche 54, die von einer Ausnehmung im Loch 52 gebildet wird, wie in 2A gezeigt, in Kontakt mit drei Flächenabschnitten 55 des Nasenteiles 51, von denen nur zwei in 3 gezeigt sind, zu halten. Ein Antidrehungsblock 57, der mit dem Nasenteil 51 verbunden ist, verhindert, daß das Teil 47 sich im Verlaufe der Prüfung zufällig dreht. Ein Bezugsblock 59, der mit dem Werktisch 49 verbunden ist, besitzt eine Fläche, die eine Bezugsebene r für das optoelektronische Meßsystem bildet, wobei deren Funktion hiernach beschrieben wird, wenn die Funktionsweise der Vorrichtung erläutert wird. Ein Schutzelement 61 schützt den Bezugsblock 59 vor Staub oder anderem Fremdmaterial, das sich möglicherweise auf der Fläche 58 ablagern und die richtige Detektion der Bezugsebene r durch das optoelektronische System verhindern kann.
Daher identifiziert und fixiert das Verriegelungs- und Bezugssystem 31 die Position des zu prüfenden Lagers 47, insbesondere die Winkellage der Oberflächen der Flügel 36, relativ zur Bezugsebene r durch die Zusammenwirkung zwischen der ringförmigen Fläche 54 und einer von den Flächenabschnitten 55 parallel zur Oberfläche 58 des Blocks 59 gebildeten Bezugsebene.
Das in den 4 und 5 gezeigte Verriegelungs- und Bezugssystem 31' für das Teil 33 besitzt einen Arbeitstisch 35, der beispielsweise mit Hilfe von Schrauben mit der Basis 1 verbunden ist und auf dem ein zentrierendes Nasenteil 37 montiert ist, in der das gegenüber 2B umgedrehte Teil 33 angeordnet ist. Genauer gesagt, das Nasenteil 37 umfaßt abgesehen von einem zylindrischen Element 82, das im Mittelloch des Lagers 34 angeordnet ist, um die Querposition des Teiles zu definieren, drei vertikale Stifte 38, von denen nur einer in 5 gezeigt ist und die um 120° voneinander beabstandet sind sowie Endflächen aufweisen, die im wesentlichen coplanar für das Lager einer ringförmigen Anschlagfläche 41 des Lagers 34 ausgebildet sind ( 2B). Eine Schnellverriegelungsvorrichtung 39, genauer gesagt eine Hebelpreßvorrichtung, bringt einen vertikalen Druck auf das Teil 33 auf, um die Fläche 41 in Kontakt mit den drei Stiften 38 zu halten, und besitzt eine von einem Knopf 50 angetriebene Mitte 32, die sich um eine Vertikalachse drehen kann. Die Mitte 32 kontaktiert den Innenring des Lagers 34 und bewirkt eine Drehung desselben relativ zum Außenring, der stationär im Loch 52 angeordnet ist, um Prüfungen in einer Reihe von wechselseitigen Winkellagen durchzuführen, die einer Reihe von Betriebsstellungen des Lagers 33 entsprechen. Zwei Stifte 40, die am Nasenteil 37 fixiert sind, verriegeln die Flügel 36 in seitlicher Richtung und verhindern somit, daß sich das Teil 33 während des Prüfens dreht. Zwei Bezugsblöcke 43 und 45, die am Arbeitstisch 35 fixiert sind, besitzen Flächen 46 und 48, die eine Bezugsebene r' für das optoelektronische Meßsystem bilden, die die gleiche Funktion hat wie die Bezugsebene r, die von der in 3 gezeigten Fläche 58 gebildet und hiernach beschrieben wird. Zwei Schutzelemente 42 und 44 schützen die Blöcke 43 und 45.
In der gleichen Weise wie bei dem vorstehend beschriebenen Verriegelungs- und Bezugssystem 31 identifiziert und fixiert auch das System 31' die Winkellage der Flächen der Flügel 36 des zu prüfenden Teiles (in diesem Fall des Lagers 33) in bezug auf die Bezugsebene r' durch die Zusammenwirkung zwischen einer Fläche, die relativ zum Teil stationär ist, und einer Bezugsebene, die von Flächenabschnitten (den drei Stiften 38) des Nasenteiles 37 gebildet wird, welche parallel zu Flächen (46 und 48) der Bezugsblöcke (43 und 45) verlaufen. Der unterschiedliche Aspekt des Falls besteht darin, daß die zum Teil 33 stationäre Fläche, die zum Definieren von dessen Winkellage verwendet wird, eine Fläche (41) des Lagers 34 ist, das im Loch 52 untergebracht ist.
Das in den 6 und 7 gezeigte Verriegelungs- und Bezugssystem 31'' für das Teil 63 umfaßt einen Bezugsblock 64, auf dem mit Hilfe von zwei Blattfedern 66 eine schwimmende Platte 65 montiert ist. Die Flächen 60 und 62 des Blocks 64 und der Platte 65 bilden in der gleichen Weise wie die Flächen 46, 48 und 58 in bezug auf die Verriegelungs- und Bezugssysteme 31' und 31 Bezugsebenen r'' und r'' für das optoelektronische Meßsystem. Ein Nasenteil 67, das relativ zum Block 64 fixiert ist, bildet eine ringförmige, im wesentlichen ebene Fläche 68, die ein Lager für das Teil 63 vorsieht, und eine zylindrische Fläche 80, die eine Achse senkrecht zur Fläche 60 definiert und im Loch 52 des Teiles 63 angeordnet ist, wobei letzteres relativ zur 2C umgedreht ist. Das Loch 52 besitzt eine im wesentlichen zylindrische Innenfläche mit einem exzentrischen Abschnitt 72, der zwei in 2C gezeigte Anschlagkanten 76 bildet. Eine Schnellverriegelungsvorrichtung mit zwei Preßvorrichtungen, nämlich einer vertikalen 69 und einer seitlichen 71, die gleichzeitig von einem Hebel 73 betätigt werden, drückt das Teil 63 sowohl nach unten gegen die Ringfläche 68 als auch in Querrichtung, indem sie die zwei Kanten 76 gegen die zylindrische Fläche 80 des Nasenteiles 67 preßt und in diesem Zustand hält. Die seitliche Preßvorrichtung 71 kann durch einen Hebel ersetzt werden, der mit dem Nasenteil 67 verbunden ist und in seinen Gesamtabmessungen hauptsächlich in diesem eingeschlossen ist, um einen Druck auf die Innenfläche des Teiles 63 auszuüben und die Kanten 76 gegen das Nasenteil 67 gepreßt zu halten. Drei Stifte 70 (von denen nur zwei in 7 gezeigt sind) sind an der schwimmenden Platte 65 fixiert, kontaktieren eine ringförmige Anschlagfläche 83 des Teiles 63 und ermöglichen, daß sich die vorstehend erwähnte Platte 65 selbst parallel zu dieser Fläche 83 unter einer bekannten Distanz, die durch die Abmessungen der Stifte 70 eingestellt wird, positionieren kann.
Ein an der schwimmenden Platte 65 fixierter Stift 74 greift in ein zugehöriges Loch 78, das im Teil 63 vorgesehen ist, um zu verhindern, daß sich das Teil im Verlaufe der Prüfung dreht.
Das Verriegelungs- und Bezugssystem 31'' identifiziert und fixiert die Position des zu prüfenden Lagers 63, insbesondere die Winkellage der Flächen der Flügel 36 relativ zu den Bezugsebenen r'' und r'''. Genauer gesagt, die Zusammenwirkung der Kanten 76 mit der zylindrischen Fläche 80 des Nasenteiles 67 bringt das Teil 63 in eine Position, in der die Achse des Lochs 52 zur Aufnahme des Lagers parallel zur Achse dieser zylindrischen Fläche 80 und somit senkrecht zur Fläche 60 des Blocks 64 (Bezugsebene r'') verläuft. Wie bereits vorstehend erwähnt, bewirken darüber hinaus die Anordnung und die Abmessungen der Stifte 70, daß sich die untere Fläche des Lagers 63, die die Stifte 70 und die Fläche 62 der schwimmenden Platte 65 (Bezugsebene r''') kontaktiert, in wechselseitig parallelen Positionen anordnet.
Es versteht sich, daß jedes der drei Verriegelungs- und Bezugssysteme 31, 31' und 31'' für das Teil, die hier beschrieben und dargestellt sind, in austauschbarer Weise auf der Basis 1 montiert werden kann. Um diese Operation zu erleichtern, sind drei Positionierungsblöcke 79 vorgesehen, von denen nur zwei in 1 dargestellt und die an der Basis 1 fixiert sind. Diese Blöcke 79 ermöglichen eine rasche und genaue Positionierung der Verriegelungs- und Bezugssysteme 31, 31' und 31'', bevor sie mit Hilfe von Schrauben mit der Basis 1 verbunden werden.
Die Systeme 31, 31' und 31'' sind Beispiele, die zeigen, wie unterschiedliche Flächen und Bezugsebenen eine genaue Festlegung der Position der Flächen der zu prüfenden Flügel 36 bewirken. Die Wahl des einen oder anderen Systems hängt generell von den Betriebsbedingungen ab, für die das zu prüfende Lager (33, 47 oder 63) dienen soll, mit anderen Worten, von den Bezugspunkten, die die tatsächliche Winkellage des Lagers im Verlaufe des Betriebes in seiner zugehörigen Hartplattenspeichereinheit festlegen.
Verriegelungs- und Bezugssysteme, sie sich von den hier dargestellten und beschriebenen unterscheiden, können für die Festlegung und Orientierung von Teilen eingesetzt werden, die in bezug auf die Lager 33, 47 und 63 unterschiedliche Eigenschaften besitzen, welche Lager hier nur als Beispiele anzusehen sind.
Das optoelektronische Meßsystem, beispielsweise vom bekannten Shadow Casting-Typ (in 1 gezeigt), besitzt eine Infrarotsendevorrichtung 75 und einen Empfänger oder eine lichtempfindliche Vorrichtung 77 vom CCD („Charge Coupled Device")-Typ.
Grundsätzlich besitzt eine Shadow Casting Vorrichtung eine Sendevorrichtung, die Licht sendet und in Richtung auf einen Empfänger leitet, der Reihen von Fotosensoren (vom CCD-Typ) aufweist. Ein zwischen Sender und Empfänger angeordnetes mechanisches Teil unterbricht das Licht teilweise, und nur der nichtunterbrochene Teil des Lichtes erreicht die Empfängervorrichtung. Die Fotosensoren wurden elektronisch abgetastet, und über eine geeignete Verarbeitung werden eine Dimension des das Licht unterbrechenden Teiles oder die Abweichungen in bezug auf einen Nennwert berechnet.
Die Sendevorrichtung 75 ist an einem Ende 19 des Lagers 15 befestigt, während der Empfänger 77 am anderen Ende 21 des Lagers 15 so fixiert ist, daß Licht im wesentlichen entlang einer Ebene senkrecht zur Drehachse des Drehtisches 13 geleitet wird.
Der Lichtstrahl wird vom Sender 75 in Richtung des Teiles gesendet. Das Teil unterbricht den Strahl teilweise, und der nichtunterbrochene Teil des Strahles erreicht den Empfänger 77. In Abhängigkeit von der Position der beleuchteten Ränder des Teiles, die auf den Empfänger 77 projiziert werden, ist es möglich, über geeignete elektronische Verarbeitungsschritte die Abmessungen des Teiles oder deren Abweichungen in bezug auf Nennabmessungen zu berechnen.
Die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung kann zur Durchführung von Distanz-, Torsions- oder Durchbiegungsprüfungen der Flügel der Lager 33, 47 und 63 eingesetzt werden.
Die Funktionsweise der Vorrichtung wird nunmehr aus Einfachheitsgründen in Verbindung mit dem Lager für die magnetischen Lese/Schreibköpfe 47, das zwei Flügel 36 aufweist, gemäß den 8 und 9 erläutert.
Bevor mit dem Prüfvorgang des Teiles begonnen wird, wird die Vorrichtung einem Eichzyklus unterzogen, der mit Hilfe eines Masterteiles durchgeführt wird. Dann wird das Masterteil durch das zu prüfende Teil 47 ersetzt.
Der Motor 23 steuert die Verschiebungen des Längsschlittens 11 entlang den Führungselementen 7 und 9, bis die Codiereinrichtung 25 signalisiert, daß der Schlitten 11 die Position erreicht hat, in der sich das optoelektronische Meßsystem in einem Abschnitt S1 befindet. Der Motor 27 steuert kleine Drehverschiebungen des Drehtisches 13 im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn, indem er die Komponenten des optoelektronischen Meßsystems 75 und 77 im wesentlichen in der Ebene des Abschnittes S1 schwingen läßt. Im Verlaufe dieser Schwingungen detektiert das optoelektronische Meßsystem die räumliche Position der Unterseiten a, c und Oberseiten b, d der Flügel 36 und der von der Fläche 58 des Bezugsblocks 59 gebildeten Bezugsebene r, die vorstehend in Verbindung mit 3 und dem Verriegelungs- und Bezugssystem 31 beschrieben wurde. Die detektierten Daten werden von der Stromversorgung-, Steuer-, Verarbeitungs- und Anzeigeeinheit 30 verarbeitet, so daß für jede Ebene eine Regressionskurve P_a(α), P_b(α), P_c(α), P_d(α), P_r(α) erhalten wird, die die Abweichungen der Position einer jeden Ebene in Abhängigkeit vom Schwingungswinkel α des Tisches 13, der von der Codiereinrichtung 29 detektiert wird, kennzeichnet.
Jede dieser Kurven besitzt einen Maximalwert (im Falle einer Kurve, die sich auf eine untere Ebene bezieht) oder einen Minimalwert (im Falle einer Kurve, die sich auf eine obere Ebene bezieht) bei dem Schwingungswinkel α_max oder α_min, bei dem die Richtung des Lichtstrahles parallel zur zugehörigen Ebene verläuft. Die Ausrichtung des optoelektronischen Systems zur Bezugsebene r, mit anderen Worten die Winkellage des Drehtisches 13, bei der die Richtung des Lichtstrahles parallel zu Ebene r verläuft, wird somit durch den Winkel α_min des Drehtisches 13, bei dem die Regressionskurve P_r(α) in bezug auf die Bezugsebene einen Minimalwert besitzt, bestimmt. Bei diesem Winkel α_min kennzeichnen die Unterschiede zwischen den Werten der Regressionskurven in bezug auf die Flächen der Flügel 36 P_i(α_min), (i = a, b, c, d) und dem Wert der Regressionskurve in bezug auf die Bezugsebene P_i(α_min) die Abstände L_i (i = a, b, c, d) der Ebenen der Flügel von der Bezugsebene r. Diese Werte ermöglichen es, den zwischen den Flügeln 36 vorhandenen Abstand zu erhalten.
Die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung ermöglicht es ferner, Formfehler der Lager 33, 47 und 63 als Parallelitätsfehler der Flächen der Flügel 36 in bezug auf die Bezugsebene r zu detektieren. Insbesondere ist es möglich, Durchbiegungen (Biegungen) und Torsionen (Verdrehungen) der Flächen der Flügel 36 in bezug auf die Bezugsebene r zu prüfen, die Parallelitätsfehler entlang der Ebene der 8 und entlang der Ebene im wesentlichen gemäß der Richtung des Lichtstrahles repräsentieren. Um die „Verdrehung" einer Fläche eines Flügels 36 relativ zur Bezugsebene r zu ermitteln, ist es ausreichend, die Differenz zu berechnen, die zwischen dem Winkel, bei dem die Regressionskurve in bezug auf die in Rede stehende Fläche einen Maximal/Minimalwert (α_amax, α_bmin, α_cmax, α_dmin,) besitzt, und dem Winkel vorhanden ist, bei dem die Regressionskurve in bezug auf die Bezugsebene r einen Minimalwert α_min aufweist, und den auf diese Weise erhaltenen Wert mit der Nennbreite des Flügels 36 am Meßabschnitt zu multiplizieren.
Es ist somit mit einer einzigen Schwingung möglich, die Daten zu detektieren, die zur Berechnung der Distanzen unter den Flügeln 36 und der Torsionen der Flügel 36 in bezug auf die Bezugsebene erforderlich sind.
Um die „Verbiegung" zu berechnen, ist es erforderlich, den gleichen Schwingungsvorgang bei zwei unterschiedlichen Querschnitten S1 und S2 durchzuführen und die Differenz zwischen den Werten L_i (i = a, b, c, d, e, f), die bei den zwei Querschnitten erhalten wurden, zu berechnen. In diesem Fall steuert der Motor 23 nach der ersten Schwingung des optoelektronischen Systems am Querschnitt S1 eine Translationsbewegung des Schlittens 11 entlang den Führungselementen 7 und 9, bis die Position (von der Codiereinrichtung 25 überwacht) erreicht ist, in der sich das optoelektronische Meßsystem am Querschnitt S2 befindet, wo die zweite Schwingung durchgeführt wird.
Durch Durchführung von zwei vollständigen Schwingungen und einer Translationsbewegung des optoelektronischen Systems entlang einer Längsachse parallel zu den Führungselementen 7 und 9 ist es daher möglich, Daten zu erhalten, die für die Distanzprüfung der Flügel und Verdrehungs- und Verbiegungsprüfung der einzelnen Flügel relativ zu einer Bezugsebene erforderlich sind. Diese Prüfungen können sogar mit einer einzigen Schwingung durchgeführt werden, wenn zwei separate Sender-Empfänger-Paare entlang einer Richtung par allel zu den Führungselementen 7 und 9 im wesentlichen an den Schnitten S1 und S2 verwendet werden.
Auf vollständig identische Weise wird die Prüfung der Lager 33 und 63 durchgeführt.
In bezug auf letztere versteht es sich, daß die Prüfung der Distanz unter den Flügeln 36 auch als Alternative in bezug auf die von der schwimmenden Ebene 65 gebildete Ebene r'' durchgeführt werden kann, wenn es beispielsweise erforderlich ist, die Position der Flügel 36 in bezug zur Fläche 83 zu prüfen, während die Prüfungen in bezug auf Durchbiegung und Torsion generell auf die Ebene r'' bezogen sind.
Ein optoelektronisches System der hier beschriebenen Art, das nur ein Sender/Empfänger-Paar (75, 77) aufweist, deckt einen begrenzten Meßbereich (typischer Wert: 20 mm) ab und ermöglicht nicht die Prüfung von besonders „hohen" Teilen, wie beispielsweise dem in 2C gezeigten Lager 63. In diesem Fall kann das mit dem Lager 15 gekoppelte optoelektronische System beispielsweise zwei Sender und zwei Empfänger mit teilweise überlappenden Bereichen umfassen, um gemäß einem bekannten Verfahren die Kontinuität des Lichtstrahles in den Richtungen, in denen die Prüfungen durchgeführt werden, zu garantieren.
Die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung ermöglicht eine extrem präzise und zuverlässige Prüfung von Teilen mit unterschiedlichen Merkmalen und Dimensionen durch die Durchführung von einfachen und schnellen Vorgängen. Insbesondere ist es zum Umschalten von der Prüfung von einem Typ eines Teiles auf einen anderen Typ ausreichend, das Verriegelungs- und Bezugssystem 31, 31' und 31'' für das Teil zu ersetzen, das in einfacher Weise an der Basis mit Hilfe von Schrauben befestigt ist, und/oder in Abhängigkeit von den Dimensionen des Teiles das Lager 15 für die Komponenten des optoelektronischen Meßsystems zu ersetzen, das ebenfalls in einfacher Weise mit Hilfe von Schrauben am Drehtisch 13 fixiert ist.
Die vorliegende Erfindung deckt auch Vorrichtungen ab, die in bezug auf die vorstehend beschriebenen und gezeigten Vorrichtungen unterschiedlich ausgebildet sind. Beispielsweise kann das Verriegelungs- und Bezugssystem 31, 31', 31'' eine vertikale Preßeinrichtung vom Hebeltyp umfassen, die im wesentlichen den in den Zeichnungen dargestellten Vorrichtungen (53, 39, 69) entspricht und eine selbstzentrierende Vorrichtung umfaßt, um zu vermeiden, daß der von der Preßeinrichtung auf das Teil ausgeübte Druck Kräfte in Richtungen erzeugt, die sich von der vertikalen Richtung unterscheiden. Die selbstzentrierende Vorrichtung kann von einem bekannten Typ sein, der ein hohles Element aufweist, in dem eine Kugel untergebracht ist, die eine Bezugsfläche des Teiles berühren kann. Darüber hinaus kann das Lager 15 für das optoelektronische Meßsystem starr an der Basis 1 befestigt sein, während das Verriegelungs- und Bezugssystem (31, 31', 31'') für das Teil am Drehtisch 13 fixiert sein kann, der mit dem Längschlitten 11 gekoppelt sein kann, um die in den Figuren gezeigte im wesentlichen vertikale Anordnung aufrechtzuerhalten. In diesem Fall sind die Komponenten des optoelektronischen Systems 75, 77 stationär relativ zur Basis 1, während das Teil eine Schwingbewegung und eine Translationsbewegung in einer Längsrichtung durchführen kann, um an unterschiedlichen Querschnittstellen geprüft zu werden.
Als Alternative kann der Drehtisch 13 direkt mit der Basis 1 gekoppelt sein, anstatt mit dem Schlitten 11 gekoppelt zu sein, während das Lager 15 des optoelektronischen Systems und das Verriegelungs- und Bezugssystem (31, 31', 31'') für das Teil mit dem Schlitten 11 und dem Drehtisch 13 oder umgekehrt verbunden sind.
Die hier beschriebene Vorrichtung kann auch zum kontaktlosen Prüfen von Teilen verwendet werden, die im Vergleich zu den beschriebenen Teilen andere Formen und Funktionen besitzen.

Claims

Optoelektronische Vorrichtung zur Prüfung der Dimension und/oder Form von Teilen (33, 47, 63), die eine Vielzahl von im wesentlichen planaren und wechselseitig parallelen Flächen besitzen, mit einer Basis (1); einem Verriegelungs- und Bezugssystem (31, 31', 31'') für ein zu prüfendes Teil (33, 47, 63); einer Detektionseinrichtung mit einem optoelektronischen System (75, 77) zum Vorsehen von Signalen, die die Dimensionen des zu prüfenden Teiles wiedergeben; einer Dreheinheit (13), mit der das Verriegelungs- und Bezugssystem (31, 31', 31'') oder das optoelektronische System (75, 77) verbunden ist; und einem System für die Längsverschiebung (3), das mit der Basis (1) verbunden ist und eine Längsachse definiert, wobei die Dreheinheit (13) oder das Verriegelungs- und Bezugssystem (31, 31', 31'') am Längsverschiebungssystem (3) fixiert ist, um translatorische Verschiebungen in Längsrichtung und wechselseitige rotatorische Verschiebungen um die Längsachse zwischen dem Teil (33, 47, 63) und dem optoelektronischen System (75, 77) zu ermöglichen, und das optoelektronische System (75, 77) die Signale im Verlauf der wechselseitigen rotatorischen Verschiebungen erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß das Verriegelungs- und Bezugssystem (31, 31', 31'') die Anordnung des Teiles (33, 47, 63), das eine komplexe dreidimensionale Form mit mindestens zwei Flügeln (36), die die planaren Flächen bilden, besitzt, derart festlegen kann, daß die Vielzahl der planaren Flächen im wesentlichen in Ebenen parallel zur Längsachse liegt, und daß das optoelektronische System (75, 77) im Verlauf der wechselseitigen rotatorischen Verschiebungen Signale erzeugen kann, die die Position der Flügel (36) wiedergeben.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Detektionseinrichtung ein im wesentlichen C-förmiges Lager (15) für das optoelektronische System (75, 77) aufweist und das Lager (15) und das Verriegelungs- und Bezugssystem (31, 31', 31'') an der Dreheinheit (13) und der Basis (1) fixiert sind.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der das Längsverschiebungssystem (3) einen Schlitten (11) aufweist, der entlang der Längsachse beweglich ist, und bei der die Dreheinheit (13) vom Schlitten (11) getragen wird.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der das Längsverschiebungssystem (3) zwei Führungselemente (7, 9) besitzt.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, die ein erstes Antriebssystem mit einem ersten Motor (27) umfaßt, der mit der Dreheinheit (13) verbunden ist, um Drehungen der Dreheinheit (13) um die Längsachse zu steuern.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 5, die einen ersten Drehsignalumformer (29) aufweist, der dem ersten Motor (27) zugeordnet ist, um Signale in Abhängigkeit von der Winkellage der Dreheinheit (13) zu liefern.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 6, die ein zweites Antriebssystem mit einem zweiten Motor (23) umfaßt, der mit dem Längsverschiebungssystem (3) verbunden ist, um die Verschiebungen des Schlittens (11) zu steuern.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 7, die einen zweiten Signalumformer (25) aufweist, der dem zweiten Motor (23) zugeordnet ist, um Signale in Abhängigkeit von der Position des Schlittens (11) relativ zur Basis (1) zu liefern.
Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, bei der das Schattenverfahren Anwendung findet, wobei das optoelektronische Sy stem mindestens eine Sendevorrichtung (75) und mindestens eine Empfangsvorrichtung (77) umfaßt, die am Lager (15) in gegenüberliegenden Positionen relativ zum zu prüfenden Teil (33, 47, 63) fixiert sind.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der das optoelektronische System eine Vielzahl von Sendevorrichtungen (75) und eine Vielzahl von Empfangsvorrichtungen (77) aufweist.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, bei der die Sendevorrichtung (75) eine Infrarotdiode und die Empfangsvorrichtung (77) ein Photodetektor vom CCD-Typ ist.
Optoelektronische Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das Verriegelungsund Bezugssystem mindestens ein Element (43, 45; 59; 64, 65) umfaßt, das eine Bezugsebene (r, r', r'', r'') für das optoelektronische System (75, 77) bildet.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der das Verriegelungs- und Bezugssystem Bezugsflächen (38; 55; 70, 80) zur Zusammenwirkung mit Anschlagflächen (41; 54; 76, 83) des zu prüfenden Teiles (33, 47, 63) umfaßt, um die Position des Teiles relativ zur Bezugsebene (r, r', r'', r''') festzulegen.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der das Verriegelungs- und Bezugssystem Schnellverriegelungsvorrichtungen (39; 53; 69, 71, 73) zum Zusammenwirken mit Flächen des zu prüfenden Teiles (33, 47, 63) umfaßt, um die Position des Teiles in bezug auf die Bezugsebene (r, r', r'', r''') zu verriegeln.
Optoelektronische Vorrichtung für das Prüfen der Dimension und/oder Form von Teilen (33, 47, 63), die Anschlagflächen (41; 54; 76, 83) und eine Vielzahl von im wesentlichen ebenen und wechselseitig parallelen Elementen (36) umfassen, mit einer Basis (1), einem mit der Basis (1) verbundenen Verschiebungssystem (3), das eine Längsachse besitzt und einen Schlitten (11) zur Durchführung von translatorischen Verschiebungen in einer Richtung parallel zur Längsachse umfaßt, einer Dreheinheit (13) zum Durchführen von rotatorischen Verschiebungen um die Längsachse, einem ersten Antriebssystem (27), das mit der Dreheinheit (13) verbunden ist, um die rotatorischen Verschiebungen zu steuern, einem ersten Signalumformer (29) zum Liefern von Signalen in Abhängigkeit von der Winkellage der Dreheinheit (13), einem zweiten Antriebssystem (23), das mit dem Verschiebungssystem (3) verbunden ist, um die translatorischen Verschiebungen zu steuern, einem zweiten Signalumformer (25) zum Liefern von Signalen in Abhängigkeit von der Position des Schlittens (11) relativ zur Basis (1), einem optoelektronischen Detektionssystem (75, 77), das ein Lager (15) mit im wesentlich C-Form mit zwei freien Enden (19, 21) und einem mittleren Abschnitt (17) und mindestens eine Sendevorrichtung (75) und mindestens eine Empfangsvorrichtung (77) aufweist, die mit den freien Enden des Lagers (15) verbunden sind, um einen in einer Ebene im wesentlichen senkrecht zur Längsachse angeordneten Lichtstrahl auszusenden und zu empfangen, und einem Verriegelungs- und Bezugssystem (31, 31', 31'') für das zu prüfende Teil (33, 47 63), das Bezugsflächen (38; 55; 70, 80) zur Zusammenwirkung mit den Anschlagflächen (41; 54; 76, 83) des zu prüfenden Teiles (33, 47, 63) zum Festlegen der Position des Teiles aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dreheinheit (13) mit dem Schlitten (11) verbunden ist, wobei das C-förmige Lager an seinem mittleren Abschnitt (17) derart mit der Dreheinheit (13) verbunden ist, daß seine freien Enden (19, 21) begrenzte rotatorische Verschiebungen um die Längsachse in einer Ebene im wesentlichen senkrecht zur Längsachse durchführen können, das Verriegelungs- und Bezugssystem (31, 31', 31'') mindestens ein Element (43; 45; 59; 64; 65) in einer Fläche (46, 48; 58; 60, 62) aufweist, die eine Bezugsebene (r, r', r'', r''') für das optoelektronische Detektionssystem (75, 77) bildet, und eine Schnellverriegelungsvorrichtung (39; 53; 69, 71, 73) zur Zusammenwirkung mit Flächen des zu prüfenden Teiles (33, 47 63) besitzt, um eine Position des Teiles derart festzulegen und zu verriegeln, daß die im wesentlichen ebenen Elemente (36) im wesentlichen parallel zu der Bezugsebene (r, r', r'', r''') angeordnet sind, und die Vorrichtung des weiteren eine Verarbeitungs- und Steuereinheit (30) aufweist, die mit dem optoelektronischen System (75, 77), dem ersten und zweiten Antriebssystem (27, 23) und dem ersten und zweiten Signalumformer (29, 25) verbunden ist, um die vom optoelektronischen System und von den Signalumformern gelieferten Signale zu verarbeiten und die Antriebssysteme zu steuern.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der die Sendevorrichtung (75) und die Empfangsvorrichtung (77) derart an das Lager (15) angeschlossen sind, daß sich die Richtung des Lichtstrahles bei einer Winkellage (α_min) der Dreheinheit (13) selbst parallel zur Bezugsebene (r, r', r'', r''') anordnet, und bei der die Verarbeitungs- und Steuereinheit (30) im Verlauf der rotatorischen Verschiebungen der Dreheinheit (13) Signale verarbeitet, die vom optoelektronischen Detektionssystem (75, 77) und vom ersten Signal umformer (29) ankommen, um die Winkellage (α_min) zu detektieren.
Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der das optoelektronische Detektionssystem (75, 77) im Verlauf der Drehungen der Dreheinheit (13) Signale (P_i(α)) liefert, die die Distanz zwischen Flächen der im wesentlichen ebenen Elemente (36) des zu prüfenden Teiles (33, 47, 63) und der Bezugsebene (r, r', r'', r''') wiedergeben, und bei der die Verarbeitungs- und Steuereinheit (30) diese Signale verarbeitet und ihren Wert (L_i) bei der Winkellage (α_min) der Dreheinheit (13) detektiert.