SE453223B - Forfaringssett och apparat for beroringsfri och noggrann kontrollmetning av maskindelar - Google Patents

Description

, 453 223 absolutvärdena grundade kontrollmoment kan förekomma. Det är alltså en noggrann geometrisk totalbild man önskar få av mät- objekten.

Teknikens ståndpunkt En sådan totalbild har hittills endast kunnat mätas fram med tre- koordinatsmaskiner, men dessa arbetar för långsamt för att kunna användas i en produktion som är upplagd enligt löpande band-prín- cipen, exempelvis bilmotortillverkníng. Måttkontrollen har därför i sådana tillämpningar vanligen utförts på manuell väg, med kon- ventionella mekaniska eller elektromekaniska mätdon, alternativt medelst specialbyggda mätmaskíner som också förutsätter beröring med de ytor som skall kontrolleras. Dessa hittills kända mät- metoder är ofta beroende av dyrbara fixturer som måste byggas om varje gång en ändring av ett ritningsmått genomföres för de maskin- delar som skall kontrollmätas. En rent manuell kontrollmätning av de slag av mätobjekt som uppfinningen särskilt avser, är mycket tidsödande och omöjliggör därför all-kontroll och det är också svårt att utan tidsspillan ur alla mätadata få fram den total- bild av mätobjektets geometri som föregår beslutet att godkänna eller kassera ett objekt.

Redogörelse för uppfinningen Det är därför ett ändamål för den föreläggande uppfinningen att framskaffa en metod och en apparat som underlättar en noggrann kontrollmätning av seriemässigt tillverkade maskindelar och som sker enligt principen beröringsfri fotoelektrisk mätning. Syftet härvid är att undanröja de olägenheter som är förknippade med I hittills kända mätmetoder och -apparater och att sålunda söka ut- föra kontrollmätningen av maskindelarna snabbt och med minsta möj- liga manuella insats utan att kravet på en hög kvalitet i mät- ningen eftersättes.

Ett särskilt ändamål för uppfinningen är att åstadkomma ett för- « farande och en apparat som väl lämpar sig för kontrollmätning av JA vevaxlar, kamaxlar och liknande och som sålunda löser problemet fö r 453 223 att noggrant och beröringsfritt avmäta både lagerytor, som är kon- centriska eller excentriska relativt rotationsaxeln, och lagerytor som är riktade i axiell led. Härvid är det ett önskemål att för- farandet skall kunna utföras i apparaten i ett förutbestämt, gärna programmerbart och helautomatiskt förlopp som tar sin början genom att en maskindel på ett givet sätt föres fram till apparaten, varefter denna utför alla mätoperationer i en sekvens och avger efterfrågade mätdata för maskindelen i lämplig form, och vilket förlopp är repetitivt så att det kan tillämpas i ett automatiskt produktionssystem.

Dessa ändamål och syften uppnås enligt uppfinningen genom att för- farandet och apparaten erhållit i efterföljande patentkrav angivna kännetecken.

Figurbeskrivning Uppfinningen skall nu närmare förklaras med hänvisning till bi- fogade ritning, på vilken fig 1 och 2 är sidovyer av en vevaxel respektive en kamaxel, fig 3 är en vy i perspektiv av apparaten enligt uppfinningen, fig A är en vy, delvis i sektion, visande medel för att koppla in en axelände till apparaten, fig 5 och 6 visar i perspektiv i apparaten ingående mätdon för radiella mått respektive axialmått, fig 7 är ett diagram visande en mätsignal som erhålles vid mätning av radiella mått, och fig B illustrerar ett kompenseringsförfarande vid mätning av en vevlageryta.

Tillämpningen förfarandet och apparaten enligt uppfinningen beskrives i det följande i en tillämpning som särskilt avser tillverkning av motor- axlar och liknande maskindelar, vilka här kan förutsättas fram- komma i långa serier i en automatiserad produktionsline. I dess ände skall maskindelarna slutavsynas varvid alla funktionellt viktiga mått skall kontrolleras, vilket enligt uppfinningen sker beröringsfritt och i en takt som kan anpassas till produktions- linens. 453 223 Två typexempel på mätobjekt som är aktuella i sådana tillämpningar illustreras i rítníngsfigurerna 1 och 2, visande schematiskt en vevaxel Av respektive en kamaxel Ak för en fyrcylindrig bilmotor.

Axlarna har ett i konstruktionen definierat centrum eller rota- tionsaxel E som på den färdiga axeln representeras av ett i vardera axeländen gjort dubbhål d¿ I åtskilda lägen utefter rotationsaxeln finns det på båda axlarna ett flertal finbearbetade ytor som skall noggrant kontrollmätas, nämligen de radiellt riktade ytor rc som erfordras för lagringen av respektive axel och vilka skall vara koncentriska med rotationsaxeln E, de likaledes radiellt riktade men excentriskt belägna ytor re som bildar vevlager respektive kamytor, samt de axiellt riktade ytor 3 som begränsar de förut- nämnda lagerytorna. Vanligen är sådana ytor slipade till nog- granna mått och höga toleranskrav gäller för såväl mått- som formriktighet. Även om uppfinningen framsprungit ur önskemålet att få ett förfarande och en apparat för noggrann, beröríngsfri kontroll- mätning av maskindelar med en så pass komplicerad geometri som den här nu beskrivna, där uppfinningens fördelar jämfört med känd teknik är störst, är det uppenbart att uppfinningen kan tilllämpas även för maskindelar med enklare konfiguration och där ett mindre antal finbearbetade ytor ingår.

Stativet I den utföringsform av uppfinningen som illustreras i fig 3, innefattar apparaten ett stativ som generellt betecknas med 1 och är uppbyggt av stâlprofiler av vilka upptill i figuren synes ett par längs- och tvärgâende balkar 2 respektive 3 samt två inåt riktade bryggor 4. Dessa är liksom motsvarande bryggor på stativets andra långsida uphängda på de längsgående balkarna 2 och bär i sin tur upp en styv, parallellepipedisk del 5 bildande ett nedåtvänt horisontellt plan 6 med (icke visade) styrlager.

Härigenom definieras noggrant en horisontell, med pilen vid 6 markerad koordinatriktning š¿ LU 453 223 Stativet 1 har vidare i sina utanför blocket 5 belägna ändar två nedåthängande konsoler 7, 8 bildande fästen för tvâ i apparatens nedre del belägna dubbdockor 9, 10. Konsolen 8 uppbär även en ställmotor 11 som är inrättad att kringvrida en matarskruv 12 som sträcker sig i x-led under planet 6 och vars vridrörelse kan noggrant bestänmas med hjälp av en optisk vinkelgivare (encoder) 13.

Mätzonen Dubbdockorna 9, 10 är på i och för sig känt sätt försedda med motriktade, inbördes förskjutbara koniska dubbar 1ü av vilka den dubb som ingår i dockan 9 tydligt Framgår av fig ü. En rät linje 15 som förbinder dubbarnas spetsar och går horisontellt och parallellt med koordinatriktningen š_utgör apparatens mätaxel vilken i det aktuella utförandet för motoraxlar kan ha en effektiv längd av storleksordningen 0,5 - 1 m. Omkring mätaxeln finns ett utrymme, som bildar en tredimensionell mätzon 16 vilken är stor nog för att de maskindelar som skall kontrollmätas i apparaten kan anbringas mellan dubbarna och rotera omkring mätaxeln. På ritningen visas en i mätzonen anbringad vevaxel AV utförd i princip enligt fig 1 och vilken för att kontrollmätas är fixerad av dubbdockorna 9, 10 så att vevaxelns centrumlinje åtminstone i huvudsak sammanfaller med mätaxeln 15. Med 17 be- tecknas en linjär optisk givare som avkänner dubbdockans 9 läge.

För en maskindels fixering i mätzonen samverkar vardera dubb- dockan med ett fjärrstyrt, i konsolerna 7, B infäst manöverdon, lämpligen en hydrauliskt dämpad, tryckluftdriven manövercylinder.

Med 18 betecknas ett sådant manöverdon som kan förskjuta dubben i dockan 10 i riktning framåt längs linjen 15, lämpligen mot och från ett förutbestämt ändläge . Den andra dubbdockan 9 har ett liknande manöverdon 19, delvis skymt på ritningen, som kan förflytta denna dubb i samma riktningar och manöver- donet är lämpligen så utfört att då dubben träffar änden av en i mätzonen införd maskindel, denna ansättes med en viss 453 223 axiell kraft som åstadkommer ett stadigt ingrepp mellan maskindel och dubbar.

I anslutning till de båda dubbarna finns anordningar för att den insatta maskindelen skall bli mekaniskt och mättekniskt hopkopplad med apparatens mätsystem. Dubbdockan 9 har sålunda längst fram en tolk 20 vilken som framgår av fig b består av två mätspetsar 21 med var sitt i motsatta riktningar vettande segment 22 och vilka skjuter ut parallellt från var sin på dubben 1b lagrad skiva 23. Skivorna är inbördes fjädrande i sidled och förutsatt att maskindelen AV i denna ände har ett kilspår k_orienterat i ett till mätspetsarna passande, förutbestämt vínkelläge relativt mätaxeln 15, kommer tolken med segmenten 22 vid rörelse framåt att känna av kilspârets sidor. Härvid avges från ett mätorgan ZA, som bestämmer bredden av springan 25 mellan skivorna, en elektrisk signal som dels indikerar förekomsten av kilspåret, och dels anger ett mått på dess vidd och dess vinkelläge relativt vev- axelns vevlager. Samma dubbdocka innefattar vidare en medbringare utbildad med en i samma vinkelläge som mätspetsarna utskjutande arm 26. Denna är gjord så att den såsom en kil kan föras in i kilspåret k_varigenom vevaxeln Av blir ovridbart kopplad till en med medbringaren förbunden drivmotor.

Den andra dubbdockan 10 har en mekanism som skall medfölja i vevaxelns vridrörelse och omfattar en parallellt med dubben 14 utskjutande pinne 27. Denna är fjädrande i axiell led och så anordnad att den då vridrörelsen påbörjas snäpper in i ett av de hål h_som i en krans finnes i vevaxelns fläns f, Genom mekanismens sammankoppling med vevaxeln kommer en i mätlinjens 15 förlängning anordnad vínkelmätare 28 att avge ett vridrörelsen representerande pulståg som behandlas i en räknare. Denna kan nollställas genom en signal som framtages då mätproceduren startar och som representerar ett utgångsläge hos kilspåret, exempelvis rakt upp, så att räknareinnehållet härefter kommer att fortlöpande visa i vilket vridläge vevaxeln befinner sig. fw Ck) 453 223 Mätdon för radiella mått Ett för mätförfarandet enligt uppfinningen väsentligt led är be- stämningen av diametrar och radier för en maskindels vitala ytor, i fig 1 exemplifierade av ram- och vevlagerytorna rc respek- tive re. För ändamålet har apparaten ett mätdon 30 vilket till det yttre har formen av ett ok som grenslar tvärs över mätzonen 16 och är upphängt vid ett första mätbord 31. Detta är noggrant styrt relativt den fasta stativdelen 5 så att det kan förskjutas utefter dess plan 6 i x-led. Genom en mutter i bordet samverkande med matarskruven 12 kan bordet och därmed mätdonet 30 medelst ställ- motorn 11, vinkelgivaren 13 och en servokrets bringas att intaga varje godtycklig position utefter mätlinjen 15.

Mätdonet är fotoelektriskt och arbetar med laserljus som utsändes av ett scannande system vilket på känt sätt kan vara sammansatt av en lasersändare, som avger laserljus i Form av en smal lob, en roterande spegel som avlänkar laserloben och en lins som riktar ljuset parallellt och från vilken loben 32 såsom illustre- ras i fig 5 utsändes mot mätzonen 16 i ett plan 33 som sträcker sig vinkelrätt mot mätaxeln 15. Nu nämnda delar inrymmes i mät- donets ena skänkel 3à, den vänstra i fig 3 och 4, medan i den andra skänkeln 35 finnes ett optiskt arrangemang som riktar och fokuserar det från mätzonen mottagna laserljuset mot en fotode- tektor, från vilken avges en elektrisk mätsignal. Systemet kan i princip arbeta såsom anordningen i fig 1 i vår samtidigt härmed in- givna patentansökan "Förfarande och anordning för noggrann mät- ning av en vridningsvinkel".

Den från linsen avgivna laserloben 32 bringas till följd av den roterande spegelns rörelse att snabbt och cykliskt parallellför- skjutas i planet 33, varje gång från ett begynnelseläge, exempel- vis nedtill vid 36, till ett slutläge 37, varvid förskjutningen är något större än den effektiva höjden av mätzonen. Härunder kommer laserloben att avsöka ett föremål som befinner sig i mätzonen och skäres av planet 33. Antages föremålet vara ett parti av vevaxeln AV i fig 3, vilket begränsas av en ramlageryta rc erhålles det avsökningsmönster som illustreras i fig 5 och vilket kännetecknas av att lagerytan utsläcker laserljuset 453 223 inom ett fält svarande mot ytans diameter Q, eller mera precist uttryckt: den sträcka i laserlobens 32 förskjutningsriktning X_som anges av de båda tangenterna 38 och 39 till lagerytan.

Denna sträcka, som principiellt motsvaras av det intervall inom vilket den elektriska mätsignalen från nämnda fotodetektor uteblir, representeras av en motsvarande vridningsvinkel hos den roterande spegeln i laserscannern och genom att låta mät- signalen utlösa en noggrann bestämning av denna vinkel erhålles ett diametermått Q, sett i riktningen X¿ Ur måttet bestämmer apparatens räkneenhet ett motsvarande mätetal, vilket kan anges med en så hög noggrannhet som 1/ß(m. Att måttet tagits i nämnda riktning på vevlagerytan registreras samtidigt med hjälp av signalen från vinkelmätaren 28. Spegelns vridníngsvinkel kan be- stämmas på sätt som beskrives i vår samtidigt härmed ingivna patentansökan "förfarande för noggrann mätning med laserlob, inne- fattande intensítetskompensering".

Då kraven på mått- och formriktighet såsom i föreliggande till- lämpningsfall inte tillfredsställes genom ett enstaka diameter- mått för lagerytan upprepas förfarandet ovan samtidigt som vev- axeln kringvrides, lämpligen ett varv, antingen kontinuerligt eller i steg, ett för varje gång måttet tages. Härvid erhålles en serie mätvärden, exempelvis tio, som tagits i olika riktningar på lagerytan och med jämn vinkeldelning. En jämförelse mellan dessa mätetal, som ju mättekniskt är ekvivalenta med dem en kon- trollant får med en míkrometer som han håller i olika vinkel- lägen, visar om max- och mintoleranserna innehålles och om ytan har någon ovalitet, men lika litet som i denna manuella mätmetod är det möjligt att beräkna rundheten ur dessa mätetal, då de inte är rumsorienterade.

Lagerytornas rakhet och eventuella konicitet är viktiga kri- terier för kontrollen av vevaxlar och liknande maskindelar. , Enligt ett särskilt kännetecken för uppfinningen arrangeras därför det scannande systemet så att det avger tre samtidiga laserlober Nk? som sveper i var sitt plan, varvid planens lägen i x-led väljes så, (v) att de skär lagerytan på representativa ställen. I fig 5 är de i jämförelse med ovan tillkommande avsökningsplanen betecknade 33' 453 223 och 33". De tre loberna sveper nu cykliskt i sina plan i analogi med det för laserloben 32 sagda och när samtidigt vevaxeln roterar bildar mätdonet tre serier av mätvärden som framkommer i parallella kanaler och är tagna i punkter som är jämnt Förde- lade i axíell och periferiell led över det avsökta vevaxel- partiets mantelyta. Förutsatt att mätvärdena är rumsorienterade kan de utnyttjas för att bedöma om mantelytan uppfyller de ovannämnda kriterierna.

Hur man enligt ett föredraget utförande av uppfinningen medelst mätdonet 30 kan avmäta en radiellt riktad yta så att dess rundhet, rakhet och konícitet kan kontrolleras, skall nu kortfattat be- skrivas med hänvisning till fig 5 och 7. Sistnämnda figur visar den detekterade mätsignalens amplitud som funktion av laser- lobens 32 läge i svepriktningen y.

Under den första delen av sveprörelsen då laserloben obehindrat går förbi lagerytan re har signalen ett i stort sett konstant maximalt värde I det ögonblick loben passerar tangerings- punkten 38 Falle: signalen brant, dock med viss lutning på grund av ljusspridningen, varefter signalen får sitt minimívärde vz under det intervall lagerytan utsläcker ljuset. Då loben passe- rar det andra tangeringsläget 39 stiger signalen och återtar snabbt sitt höga värde V1. Detta bibehâlles till dess att loben strax före slutläget 37 når ett referensläge hß vilket definieras av en skarpkantad avskärmning 41. Denna är såsom en kniv anord- nad i mätdonets 30 fasta struktur så att dess inåt, tvärs planet 33 riktade egg vid mätningen har en konstant, känd position i koordi- natriktningen y¿ Detta får till följd att för varje gång som laser- loben svept över planet 33 kommer, strax innan slutläget 37 nås, mätsignalens amplitud att för exakt sama y-värde och på ett en- tydigt sätt falla från värdet v1 till värdet vz, och detta givet- vis oberoende av mätobjektet. Nämnda y-värde kan alltså ses som en ytterst noggrann referens eller en fast punkt i planet 33.

På grund av att mätsignalen inte faller eller stiger lodrätt i punkterna 38 - 00 kan signalen inte direkt användas för bestämning av ett mått, utan den behandlas först i en krets som jämför signa- 453 223 10 len med ett tröskelvärde vref vilket lämpligen är 1/2 (V1 - V2).

Kretsen avger en fyrkantvåg (visad nedtill i diagrammet) under de intervall mätsignalen överstiger tröskelvärdet och för varje avsökningscykel erhålles alltså tre diskreta y-värden, vilka representerar punkterna 38 - 40 i fíg 7. Ur dessa kan nu appa- raten räkna fram två samhöriga, rumsorienterade mätvärden Y3 - Y1 Y3 - YZ vilka representerar avstånden från "referenskniven" y1 till den understa respektive översta punkten på lagerytan. Genom en tidigare utförd kalibreringsmätning och kompensering för olik- formigheter som uppträder i laserljusets intensitet inom det fält som avsökes, vilket förfarande beskrives i vår förstnämnda samtidiga patentansökan, kan slutligen de båda värdena översättas till exakta mätetal uttryckta i gällande måttenhet. Dessa mät- etal; som jämte ett samhörigt vinkelmâtt från vinkelmätaren 28 alstras mätcykel för mätcykel allt under det att lagerytan rc kringvrides ett varv, gör det möjligt att entydigt bestämma lager- ytans form i planet 33 och att således avgöra om gällande krav på rundhet uppfylles. Genom att anordna en "referenskniv" 41' och 41" i vart och ett av de båda andra planen och på ovan angivet sätt behandla mätsignalerna i alla tre kanalerna kan vidare kontrol- leras om lagerytan är godtagbart rak, dvs om de tre punkter på ytan, som i ett godtyckligt vinkelläge bildar dess generatrís, ligger på en rät linje, och om ytan har någon konicitet, dvs om linjen lutar i förhållande till mätaxeln 15.

I beskrivningen av mätdonets 30 funktion har hittills antagits att den avsökta ytan är koncentrísk med mätaxeln 15 och således inte mätbart ändrar läge på grund av maskindelens rotation.

I praktiken är en sådan precision i tillverkningen ofta ouppnåelig n; och en uppgift i måttkontrollen av vevaxeln Av kan därför vara att räkna fram hur stor den faktiskt förekommande excentriteten hos en viss lageryta rc är, uttryckt såsom sidoförskjutningen av k å dess geometriska centrum i relation till en annan sådan lagerytas centrum eller till den av dubbhålen_d definierade centrumlinjen E¿ 453 223 11 Denna uppgift löses genom att i ett särskilt räkneprogram analy- sera de ovannämnda rumsrelaterade mätetalen samt vinkelmåtten och man kan härvid även få uppgift om i vilket vinkelläge, räknat från exempelvis kilspåret kg som lagerytans centrum är förskjutet.

Samma mätmetodik och analys av erhållna mätdata kan i princip an- vändas för alla andra välvda ytor, såsom de excentriska ytorna re på axlarna i fig 1 - 2 vilka utgör vevlagerytor respektive kam- ytor. Då sådana ytor "plottas" är det, för så vitt mätvärdena tages medan mätobjektet kringvrides kontinuerligt, av särskild vikt att hänsyn tages till vridningsrörelsen. Detta åskådliggöres i fig B som visar ett i vevaxeln Av ingående vevlagerparti i genomskärning. Vid lagerytans re avmätning roterar axeln i pilens 42 riktning och på grund härav hinner lagerytan att förskjutas ett litet stycke D tvärs laserloben, som antages vara horisontell medan denna sveper över lagerytan. Det mått Q_som fås från detek- torenheten skulle således, om loben antages svepa uppifrån och ned, vara för stort och räkneenheten är därför programmerad så att den ur de vinkellägen Å1 och°C2 som gäller då laserljuset av- brytes respektive återkommer, räknar fram ett mot«Å D svarande be- lopp och automatiskt korrigerar mätetalet för Q_genom att dra i- från detta belopp. Med på så vis korrigerade diametermått och radiemâtt tagna i olika vridningslägen hos vevaxeln respektive kamaxeln, kan en noggrann mått- och formkontroll göras i avseende på alla här ovan nämnda kriterier. Ett för vevlagerytorna viktigt mått som också kan kontrolleras med de av mätdonet 30 tagna mät- värdena är vevradien_§ och om man tar detta mått i tre axiella lägen med användande av tre parallella lober, enligt fig 5, kan kontroll göras även av vevlagerytans eller dess centrumaxels 43 parallellitet med mätaxeln 15 eller vevaxelns centrum c.

Mätdon för axiella mått Kontrollen av maskindelens diameter- och radiemått är i den på ritningen visade föredragna utföringsformen av uppfinningen koordi- nerad med en kontroll av axiella mått, i vevaxelexemplet avseende de ringformiga ansatsytor a_som begränsar ram- och vevlagerytorna rc och re och av vilka en med ac betecknad visas streckat i fig 8.

Denna måttkontroll ombesörjes av ett mätdon åh vars verksamma . 453 223 12 delar är inbyggda i en nedåt mot mätaxeln 15 öppen, gaffel- formad ram 45 på mätdonets 30 ena sida.

I sin övre del är axialmätdonet förenat med ett andra mätbord 46 som är upphängt vid det första mätbordet 31 och är rörligt i x-led på två alternativa sätt, det ena innebärande att det är låst relativt bordet 31 för att medfölja detta vid positioneringen av mätdonet 30, medan i det andra alternativet en självständig för- flyttning i x-led kan utföras relativt det första bordet 31. Denna relativförflyttning, som kan ske endast inom ett av bordet 31 be- gränsat område och åstadkommas av en andra ställmotor 47, har till uppgift att sedan bordet 31 och mätdonet 30 kommit i en för dia- metermätning passande position, tillåta axialmätdonet 44 att ensam utföra de rörelser som i beroende av maskindelens konstruktion er- fordras för att de axiella ytorna 3 skall kunna kontrolleras. Här- igenom sparas tid och det blir endast det mindre och lättare axial- mätdonet som behöver flyttas vid sistnämnda kontrollmoment.

Relativrörelsen mätas av en linjär givare 48 eller motsvarande.

Axialmätdonet är även inställbart i y-led genom att det andra mät- bordet 46 medelst styrningar, som går i denna riktning och är inbyggda i ett med ramen 45 förenat tredje mätbord 49. Rörelsen i vertikalled åstadkommas av en tredje ställmotor 50 och en av denna driven skruv 51 och rörelsen kontrolleras av en vinkel- encoder 52. _ Ramen 45 har i två lådformade höljen 53, S4 på den i fig 3 sett bortre respektive hitre sidan om mätzonen två system av ljus- källor 56, S7 och med dessa samverkande ljusmottagare SS respek- tive 58 arbetande i sneda, relativt varandra spegelvända strål- gångar tvärs mätzonen. Ljuset från ljuskällorna, som företrädes- vis är infrarött, avges från öppningar 59, 60 så att det fokuseras i tvenne axiellt åtskilda punkter som kan antas vara belägna i mätzonens mitt såsom punkten §_i fig B och mot vilka även ljusmot- tagarna är fokuserade. Arrangemanget framgår bäst av fig 6 som illustrerar den optiska funktionen då längdmått tages till tvâ 453 223 13 motvända ansatsytor a1 och az. Fokalpunkten P1 för systemet 57, 55 är som synes belägen till höger längs mätaxeln 15 och punkten P2 för det andra systemet till vänster, närmare kilspårsänden.

Genom en förprogrammerad, efter konstruktionen avpassad vertikal- rörelse hos det tredje mätbordet 49 förinställes axialmätdonet så att ljuset från ljuskällan 57 skall kunna träffa den bortåt i figuren vända ansatsytan a och med samma vertikalläge hos mät- 1 donet skall ljuset från den andra ljuskällan S6 kunna träffa den framåt i figuren vettande ansatsytan az.

Av längdmätningsmomentet återstår nu att med hjälp av ställmotorn A7 förskjuta axialmätdonet áß i x-led förbi det läge, i vilket punkten P1 faller på ytan a1 och ljus från sändaren 57 av denna yta reflekteras till mottagaren 55, samt det läge då det andra systemets mottagare efter reflektion i punkten P2 uppfångar ljus från sin sändare. Dessa lägen registreras genom signa- ler från mottagarna 55 och 58 och från räkneenheten erhålles motsvarande längdmått för ansatsytorna relaterade till ett i konstruktionen angivet referensplan.

Mätsekvensen Det antages att en apparat enligt uppfinningen i dess nu beskriv- na utföringsform är installerad i änden av en produktionsline på vilken färdiga vevaxlar eller liknande maskindelar i tät följd transporteras på ett band mot apparaten. Denna har sin mätaxel 15 orienterad ovanför transportbandet och parallellt med centrum- linjen E_för en vevaxel som framkommit i ett vänteläge under appa- *raten och som står i tur att avmätas.

Proceduren inledes med att nämnda vevaxel av en pålyftare 61 föres upp i mätzonen, där den kortvarigt hålles av pålyftaren under det att den fixeras mellan dubbarna 16. Sedan kilspâret k_kontrolle- rats, medbringarmotorn startats och vinkelmätaren 28 trätt i funk- tion kan måttkontrollen påbörjas. Härvid befinner sig de båda mätdonen 30 och 44 vid den ena änden av mätaxeln 15, exempelvis .453 223 14 den högra i fig 3.

Mätdonet 30 positioneras nu i ett efter konstruktionen valt läge mitt för den närmast vevaxelns ände belägna ramlagerytan rc var- efter denna avsökes, vilket utföres medan axeln roterar ett varv.

Mätdonet flyttas nu i x-led till ett nytt läge passande för den första vevlagerytan re. Samtidigt som denna avsökes utför nu axial- mätdonet 44 de relativrörelser i y-led och x-led som erfordras för att lägesbestämma den första, axiellt riktade ytan 3, som kan antas vara vänd mot vevaxeländen såsom ytan az i fig 6.

När mätdonen tagit dessa mått sker en ny gemensam förflyttning så att diametern för en andra ramlageryta samt axialmått för det förut nämnda vevlagret kan bestämmas. Så fortsätter mätdonen att i ett bundet, förprogrammerat rörelseschema kontrollmäta yta efter yta på vevaxeln, allt under det att denna kringvrides.

Då samtliga ytor blivit avmätta återgår mätdonen till sina be- gynnelselägen, en avlyftare (icke visad) som i transportrikt- ningen sett är belägen efter pålyftaren 61 går nu upp under vev- axeln och tar emot denna då dubbarna 14 går isär, varefter den fri- gjorda vevaxeln lägges på transportbandet. Samtidigt har pålyfta- ren åter trätt i funktion för att föra en ny vevaxel upp i läget för avmätning. Hela proceduren tar endast ca 1/2 minut.

Under mätsekvensen behandlas alla erhållna mätdata i apparatens räkneenhet och genom den analys som ovan beskrivits allmänt blir det därför möjligt att strax efter avmätningen av en maskindel få denna klassificerad såsom godkänd eller icke godkänd.

Vid kontrollmätning av en kamaxel Åk eller annan maskindel på vilken kritiska axialmått för ansatsytor eller motsvarande ej förekommer, får mätdonet 44 ingen funktion. I sådana tillämp- ningar är det således möjligt att förenkla förfarandet och apparaten enligt uppfinningen jämfört med den här beskrivna utföringsformen.

Claims (20)

453 223 15

1. Patentkrav förfarande för att beröringsfritt och noggrant kontrollmäta serie- mässigt tillverkade maskindelar, som har en i konstruktionen de- finierad rotationsaxel (5) utefter vilken finnes från varandra åtskilt belägna, finbearbetade ytor (3, 3), vilket förfarande innefattar att ytorna bestrålas med ljus som ger upphov till elektriska signaler, ur vilka mätetal för ytorna bestämmas, k ä n n e t e c k n a t av förfaringsstegen att man i ett mät- stativ (1), som har en tredimensionell mätzon (16), en denna genomgående väl definierad mätaxel vars längd överstiger längden av rotationsaxeln (E), och en relativt stativet roterbar med- bringare (26), anbringar maskindelen (Q) i mätzonen så att rotationsaxeln sammanfaller med mätaxeln, varefter maskindelen förbindes med medbringaren i ett entydigt vinkelläge relativt denna, att maskindelen (E) medelst medbringaren (26) bringas att rotera kring mätaxeln (E), att ett radialmätdon (30), som kan förflyttas genom mätzonen (16) i en riktning få) paral- lell med mätaxeln och har en laserscanner verkande i ett plan (33) vinkelrätt mot mätaxeln, inställes i ett läge i vilket en första radiellt vettande yta (E) skäres av nämnda plan, var- efter ytan avsökes av en laserlob (32) som snabbt parallellför- skjutes i planet (33), varvid det laserljus som passerar ytan detekteras, att samhörande värden på det mot ytans radiella utsträckning QQ) svarande mått i laserlobens (32) förskjutnings- riktning (X) inom vilket laserloben utsläekes av ytan, det momentana vridläget hos maskindelen (5) och radialmätdonets (30) inställningsläge registreras, så att mätetal för ytan och dess axiella läge kan beräknas och jämföras med i konstruk- tionen givna toleransvärden, att radialmätdonet (30)inställes i ett nytt läge passande för en andra radiellt vettande yta (5) vilken avmätes på analogt sätt, att förfarandet upprepas så att alla ytor som skall kontrolleras blir avmätta i en sekvens, varefter maskindelen (5) frigöres från medbringaren och uttages ur mätstativet (1) så att en ny maskindel kan införas i mätzonen och kontrollmätas under upprepande av nämnda sekvens.

2. 453 223 16

3. Förfarande enligt patentkravet 1 för kontrollmätning av vev- axlar (Av) och liknande maskindelar (Ak) som har lagerytor (re), vilka är excentriskt belägna relativt rotationsaxeln

4. Qi) och sträcker sig parallellt med denna, k ä n n e t e o k - n a t därav, att varje värde som avser sådana ytor och i form av nämnda mått (Q) erhålles från radialmätdonet (30) medan maskindelen roterar, korrigeras genom att måttet ökas eller minskas med ett belopp bål) som svarar mot den rörelse, räknat i laserlobens förskjutningsriktning, som lagerytan (re) utför på grund av rotationen medan måttet tages.

5. Förfarande enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k- n a t därav, att maskindelen (Q) roteras ett varv för varje radiellt vettande yta (E), att radialmätdonet (30) härunder genom en cyklisk funktion hos laserscannern ger ett flertal värden med jämna intervall på nämnda mått för ytan, och att dessa värden enskilt sammanställes med motsvarande momentana vridlägen hos maskindelen, varigenom lagerytans rundhet kan bedömas.

6. Förfarande enligt patentkravet 1, 2 eller 3, k ä n n e t e c k - n a t därav, att de radiellt vettande ytorna (3) bestrålas av tre parallella, i mätaxelns (15) riktning inbördes förskjutna laserlober (32) vilka ger upphov till var sitt mått, varigenom ytornas konicitet samt parallellitet med rotationsaxeln kan bedömas.

7. Förfarande enligt något av patentkraven 1 - 4, k ä n n e t e c k - n a t därav att nämnda mått bestämmas på så sätt, att en mätsignal utlöses i de båda ögonblick under ytans (5) avsökning ref)' företrädesvis medelvärdet av de båda nivåer (v1, vz), som erhålles då det detekterade laserljuset har en förutbestämd nivå (v då laserloben (32) passerar förbi respektive är utsläckt av ytan, och vilken förutbestämda nivå får representera en ideell punkt (38, 39) i laserlobens förskjutningsriktning (4) där en ljusstråle tangerar ytan, och att vardera punkten relateras *x 453 223 17 till en referens (AD) som erhålles medelst en skarpkantad, i känt läge i avsökningsplanets (33) yttre del belägen avskärm- ning (41) vilken laserloben (33) avsöker för varje gång ett diameter- eller radiemått skall bestämmas. förfarande enligt patentkravet 1 för kontrollmätning av maskin- delar (AV) som har lager med i rotationsaxelns (E) riktning k ä n n e t e c k n a t av de ytterli- vettande ansatsytor (3), gare förfaringsstegen att ett axialmätdon (hä), som vid utförande av nämnda sekvens kan förflyttas dels axiellt, dels radiellt relativt mätaxeln (15), vid motsatta sidor om denna utsänder respektive mottager ljus i sneda riktningar relativt mätaxeln, vilka riktningar skära varandra i en punkt (E) vid mätaxeln, att axialmätdonet (44) inställes i ett radiellt läge i vilket enligt maskindelens konstruktion ljuset kan reflekteras av en ansatsyta (E) på maskindelen, att axialmätdonet härefter förflyttas axiellt så att det passerar den position där ansats- ytan innehåller den nämnda punkten (B), och att denna position registreras för bestämning av det axiella mätetalet för ansats- ytan (a); varefter förfares på analogt sätt för övriga ansatsytor på maskindelen (AV).

8. Förfarande enligt patentkravet 6, k ä n n e t e c k n a t därav, att två ljusknippen utsändes (vid 59, 60) och mottages i sådana riktningar att tvâ skärningspunkter (P1, P2) erhålles, vilka är förskjutna mot rotationsaxelns (E) ena respektive dess andra ände från det ställe där ljusknippet utsändes, så att axiella mätetal avseende i motsatta riktningar vettande ansatsytor (a1, az) kan bestämmas.

9. Förfarande enligt patentkraven 1 och 6, k ä n n e t e c k - n a t därav, att radialmätdonet (30) och axialmätdonet (44) i ett bundet rörelseschema, som innefattar att axialmätdonet förskjutes axíellt och radiellt på radíalmätdonet, för varje maskindel (A) förflyttas från ena änden av mätaxeln (15) till den andra under det att hela mätsekvensen utföres. . 453 225

10.

11.

12. 18. Förfarande enligt något av föregående patentkrav för kontroll- mätning av axlar och liknande maskindelar som är utförda med ett kilspår (5) i den ena änden och ett med rotationsaxeln (E) koncentriskt dubbhål (EQ i båda ändarna, k ä n n e t e c k n a t därav, att maskindelen (Av) vid anbringandet i mätzonen (16) först uppbäres på en transportör (61) som underifrån förskjuter maskindelen in i mätzonen, varvid kilspåret (E) har ett förut- bestämt vridläge och befinner sig nära medbringaren (26), att då rotatíonsaxeln (E) kommit nära eller sammanfaller med mätaxeln (15) en i dennas riktning rörlig dubb (1ü) från vardera hållet ansättes mot maskindelen (Av), så att dubben ingriper med dubb- hålet (EQ, samtidigt som en till medbringaren hörande kil föres in i kilspåret så att det för maskindelens rotation erforderliga vridmomentet kan överföras via kilen och kilspåret. Förfarande enligt patentkravet 9, k ä n n e t e c k n a t därav, att vid rotationens påbörjande den relativt kilspårsänden motsatta änden av maskindelen sammankopplas ovridbart med en mekanism (27) som överför rotationsrörelsen till en vinkelmäta- re (28) för avgivande av en signal utvisande maskindelens (AV) momentana vridläge i stativet (1), relaterat till kilspåret (5). Förfarande enligt patentkravet 9, k ä n n e t e c k n a t därav, att vid kilens (26) införande i kilspåret (5) anbringas däri en mättolk (20) för kontroll av vidden av kilspåret. Apparat för beröringsfri och noggrann kontrollmätning av serie- mässigt tillverkade maskindelar, som har en i konstruktionen definierad rotationsaxel (E) utefter vilken finnes från varandra åtskilt belägna, finbearbetade ytor (5, 3) innefattande organ för att bestråla med ljus, för ljus känsliga detektororgan som vid bestrålningen alstrar elektriska signaler och organ för att ur signalerna bestämma mätetal för ytorna, k ä n n e - t e c k n a d av ett mätstativ (1), som bildar en tredimen- sionell mätzon (16) genom vilken sträcker sig en väl definierad mätaxel (15) vars längd överstiger längden av rotationsaxeln (E), (14

13.

14. 453 223 19 hos de maskindelar som skall kontrollmätas, en relativt stativet roterbar medbringare (26), vilken då en maskindelen anbringats i mätzonen (16) så att dess rotationsaxel sammanfaller med mätaxeln, kan förbindas med maskindelen i ett entydigt vinkelläge relativt denna, så att maskindelen medelst medbringaren kan bringas att rotera kring mätaxeln, ett radialmätdon (30) som är rörligt anordnat i stativet (1) och är anordnat att kunna förflyttas genom mätzonen (16) i en riktning (5) parallell med mätaxeln (15) och har en laserscanner, som verkar i ett plan (33) vinkelrätt mot mätaxeln och är inrättad att medelst en laserlob (32), som scannern snabbt parallellförskjuter i nämnda plan, avsöka en radiellt riktad yta (3) som skäres av planet, och en detektor som tar emot det laserljus som vid avsökningen passerar ytan, varvid mot ytans radíella utsträckning svarande mätvärden erhålles ur det mått i laserlobens förskjut- ningsriktning (y) inom vilket detektorn av ytan hindras ta emot laserljus, ett med radialmätdonet (30) samverkande mät- organ (13) inrättat att avge en signal utvisande läget i mät- axelns riktning (5) av nämnda plan (33), en vinkelmätare (28) som är inrättad att avge en signal utvisande vilket vridläge maskindelen (5) intar vid avsökningen av en yta (5), och medel för att behandla nämnda signaler och härur beräkna mätetal för ytans radiella utsträckning och dess axiella läge. Apparat enligt patentkravet 12, k ä n n e t e c k n a d därav, att laserscannern är inrättad att avge tre parallella, i mät- axelns (15) riktning (i) inbördes förskjutna laserlober (32) och att detektorn har separata kanaler, en för varje laserlob, för detektering av laserljuset, så att tre mätetal kan erhållas för en ytas radiella utsträckning. Apparat enligt patentkravet 12 eller 13, k ä n n e t e c k n a d därav, att mätdonet (30) har en skarpkantad avskärmning (41) så belägen i avsökningsplanets (33) yttre del att den utsläcker laserloben (32) sedan denna avsökt en yta, så att härigenom erhålles en referens för noggrann bestämning av diametermâtt och rundhet för ytan.

15.

16.

17. 453 225 20 fr! Apparat enligt patentkravet 12 för kontrollmätning av en maskin- del (AV) som har lager med i rotationsaxelns riktning vettande ansatsytor (a), k ä n n e t e c k n a d av ett axialmätdon (44) som är förflyttbart dels axiellt, dels radiellt relativt mät- axeln (15) och som på motsatta sidor om denna har en sän- dare (56, S7) och en mottagare (55, 58) För ljus, vilka är riktade i sned vinkel relativt mätaxeln mot en punkt (E) vid denna, så att då axíalmätdonet (44) inställts i ett radiellt läge, i vilket enligt maskindelens konstruktion ljus från sän- daren (56, 57) kan reflekteras av en ansatsyta (3) på maskin- delen, och med detta läge förflyttas axiellt, en position hos axialmätdonet passeras där ansatsytan (a) innehåller den nämnda punkten (E) ur vilken position det axíella mätetalet för ansats- ytan kan bestämmas. Apparat enligt patentkravet 15, k ä n n e t e c k n a d därav, att axialmätdonet (44) har två uppsättningar sändare och mottaga- re, varvid för den ena uppsättningen nämnda punkt (P1) är belägen närmare mätaxelns (15) ena ände än sändaren (57) och mottaga- ren (55), medan För den andra uppsättningen punkten (P2) är belägen närmare mätaxelns andra ände, så att med axialmätdonet kan bestämmas axiella mätetal såväl för ansatsytor (a1) vettande mot den ena änden som För ansatsytor (az) vettande mot den andra änden. Apparat enligt patentkraven 12 och 15, k ä n n e t e c k n a d därav, att stativet (1) uppbär ett Första mätbord (31) som kan noggrant positioneras i godtyckligt axiellt läge längs hela mätzonen (16) och vid vilket radíalmätdonet (30) är fixerat, ett andra mätbord (46) som uppbär axíalmätdonet (44), är upphängt vid det första mätbordet (31), så att det medföljer detta vid dess positionering, och är inrättat att genom axiell förskjutning relativt det Första mätbordet positionera axialmätdonet (44) axiellt inom en begränsad del av mätzonens längd, och ett tredje mätbord (49) som uppbär axialmätdonets sändare och mottaga- re (55 - 58), är upphängt vid det andra mätbordet (46), så

18.

19.

20. 453 223 21 att det medföljer detta vid dess positionering, och är inrättat att genom förskjutning vinkelrätt mot eller från mätaxeln (15) relativt det andra mätbordet (àó) inställa nämnda sändare och mottagare till det för axialmëtning avsedda radiella läget. Apparat enligt något av patentkraven 12 ~ 17 För kontrollmät- ning av axlar och liknande maskindelar (AV) med ett kílspår (E) i den ena änden och ett med rotationsaxeln (E) koncentriskt dubbhål (Q) i båda ändarna, att mätaxeln (15) är definierad medelst Lvå motvända, relativt k ä n n e t e c k n a d därav, stativet (1) rörliga dubbar (1ü) som begränsar mätzonen (16) i axiell led och vilka, med maskindelen (AV) anbringad så att dess rotationsaxel i huvudsak sammanfaller med mätaxeln (15) och kilspåret (k) befinner sig nära medbringaren (26) och har ett förutbestämt vridläge, kan ansättas axiellt inåt till dess att vardera dubben (14) ingriper med dubbhålet (Q), och att medbringaren har en kil (26) inrättad att föras in i kilspåret (k) och att från medbringaren till maskindelen överföra det vridande moment som erfordras för dess rotation. Apparat enligt patentkravet 18, k ä n n e t e c k n a d därav, att i den relativt medbringaren och kilen (26) motsatta änden av mätmätaxeln (15) finnes en mekanism (27), till vilken vinkel- mätaren är kopplad, vilken mekanism är inrättad att ovridbart sammankopplas med den närbelägna änden av maskindelen (Av) sedan denna fixerats mellan dubbarna (14) och förbundits med medbringaren. Apparat enligt patentkravet 16, k ä n n e t e c k n a d därav, att kilen (26) är kombinerad med en tolk (ZU) som kan anbringas i kilspåret (k) för kontroll av dess vidd.