CH630173A5

CH630173A5 - Evolventen- und zahnschraegen-pruefgeraet mit elektronischer kompensation der mechanischen fehler.

Info

Publication number: CH630173A5
Application number: CH534378A
Authority: CH
Inventors: Manfred Bosch; Richard Marquardt
Original assignee: Klingelnberg W Ferd Soehne
Priority date: 1977-05-18
Filing date: 1978-05-17
Publication date: 1982-05-28
Also published as: US4182045A; GB1586014A; DE2722452A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Evolventen- und Zahnschrägen-Prüfgerät mit mechanisch arbeitender Getriebekette (insbesondere Wälzgetriebe, Sinuslineal, Kulissenführung und/oder Hebelgetriebe), die einen Messtaster relativ zu einem Prüfrad auf der erforderlichen Bezugskurve führt.

Mit diesem Oberbegriff geht die Erfindung von einem Stand der Technik aus, wie er beispielsweise in der DE-PS12 94 033 beschrieben wird.

Aufgrund höherer Ansprüche an Laufruhe und Übertragungsgenauigkeit, insbesondere auch bei grossen Zahnrädern, ergibt sich die Notwendigkeit, die Verzahnungen noch genauer als bisher messen zu können. Eine Steigerung der Messgenauigkeit der mechanisch arbeitenden Geräte durch Erhöhung der Fertigungsgenauigkeit ist mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand nicht mehr möglich. Bei sehr schweren Zahnrädern kommt hinzu, dass je nach der momentanen Stellung der Getriebekette unterschiedliche Verformungen auftreten können. Ausserdem kann der Reibverschleiss an den kinematisch wichtigen Teilen eine langsame, aber ständige Verminderung der Genauigkeit mit sich bringen. Dann werden im Laufe der Zeit Nachjustagen oder Nacharbeiten erforderlich.

Es sind daher verschiedene Zahnrad-Prüfgeräte entwickelt worden, die die Bezugskurve, Evolvente beziehungsweise Schraubenlinie, anstelle der Getriebekette mit rein elektronischen Mitteln realisieren.

In der DE-OS 24 29 664 ist ein Gerät mit einer elektronischen Steuerung beschrieben, bei dem das Prüfrad angetrieben wird und ein gekoppelter Drehgeber eine winkelproportionale Impulsfolge erzeugt. Diese wird in einer Rechenenheit so vervielfacht, dass ein Schrittmotor die zur Prüfraddrehung gehörende Soll-Verschiebung des Messtasters bewirkt. Die Auslenkungen der durch eine Prüflast an der Zahnflanke gehaltenen Tasterspitze geben die Abweichungen wieder und werden gemessen.

Aus der DE-OS 23 64 916 ist ein Zahnflanken-Prüfgerät bekannt geworden, bei dem das Prüfrad stillsteht. Der Messtaster fährt, durch Servomotore entsprechend einem vorgegebenen elektronischen Rechnerprogramm angetrieben, die Bezugskurve ab und dabei werden die Auslenkungen des Tasters gemessen.

Ferner ist aus der DE-OS 19 26 165 ein anderes Verfahren bekannt, bei dem ein starrer Taster entlang der Prüfradflanke gleitet, so dass aufgrund ihrer Abweichungen eine Ist-Bewe-gung zwischen dem Prüf rad und dem Taster erzwungen wird. Der Drehweg des Prüfrades und die geradlinige Verschiebung des Tasters werden elektrisch gemessen und ins Verhältnis gesetzt. Aus der Differenz zum elektronisch gebildeten Soll-Übersetzungsverhältnis ergeben sich die Messwerte für die Abweichungen der Zahnflanke.

Ähnliche Lösungen oder Kombinationen davon sind beispielsweise auch in DE-OS 2333 502, US-PS 3 849 891 enthalten. Des weiteren soll ein Verfahren erwähnt werden, bei dem die Ist-Lagen von Prüfrad und Messtaster mittels Drehschrittgeber beziehungsweise Laser-Interferometer festgestellt und über Servomotore auf die Soll-Lagen nachgeregelt werden.

Der entscheidende Nachteil all dieser Prüfgeräte, die das Bezugsnormal rein elektronisch erzeugen, liegt darin, dass zum Erzielen der erforderlichen Genauigkeit ein erheblicher Aufwand in der Elektronik getrieben werden muss, was zu einem hohen Preis führt und der Verbreitung solcher Geräte bisher im Wege steht. Ausserdem benötigen die Geräte mit elektronischer Regelung aufgrund der unvermeidbaren Regelzeit entsprechend längere Messzeiten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Vorteile der mechanisch arbeitenden Geräte beizubehalten und durch massvollen Einsatz der Elektronik ein Gerät zu schaffen, das eine höhere Genauigkeit besitzt und diese auch über einen längeren Zeitraum beibehält.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäss gelöst durch einen ersten signalerzeugenden Wegaufnehmer an dem einen Ende der Getriebekette, einen zweiten signalerzeugenden Wegaufnehmer an dem andern Ende der Getriebekette, durch eine Recheneinheit, die das Signal des einen Wegaufnehmers mit dem eingegebenen Soll-Übersetzungsverhältnis der Getriebekette multipliziert und dann vom Signal des anderen Wegaufnehmers abzieht und durch eine Einrichtung, mit welcher das so gebildete Differenzsignal als Korrekturwert vom Messwert des Messtasters vorzeichengerecht abziehbar ist.

Die Wirkung der damit beanspruchten Massnahme besteht darin, die Abweichungen der Zahnflanke gegenüber einem mechanischen Bezugsgetriebe zu messen und dabei die kinematischen Übertragungsfehler elektronisch zu kompensieren. Da die maximal auftretenden Korrekturwerte durch diese Massnahme relativ klein zu halten sind, ist der Aufwand an elektronischen Geräten gering, und es tritt keine Beeinträchtigung der Messzeiten auf. Ausserdem nutzt die erfindungsgemässe Massnahme noch gewisse Vorteile der mechanischen Verwirklichung der Bezugsbewegung, weil sie für den Bedienenden überschaubarer ist und bei manuellem Antrieb feinfühliger arbeitet. Die Erfindimg wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben:

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt in perspektivischer Darstellung das Funktionsschema eines stufenlos einstellbaren Evolventen- und Zahnschrägen-Prüfgerätes, bei dem sich das

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Prüfrad 1 um eine senkrechte Achse dreht, während sich der Messtaster 2 geradlinig verschiebt, und zwar horizontal in der Grundkreisebene, wenn die Evolvente geprüft wird, und vertikal parallel zur Prüfradachse, wenn die Zahnschräge geprüft wird.

Die zwischengeschaltete Getriebekette hat folgende Glieder: Wälzscheibe 3, Wälzlineal 4, Steuerschlitten 5 mit drehbarer Kulissenführung 6, der die stufenlose Einstellung der Wälzbewegung am Wälzschlitten 7 entsprechend dem Grundkreisradius rb ermöglicht.

Für die Zahnschrägenmessung kommt eine weitere drehbare Kulissenführung 8 hinzu, die die Verikalverschiebung des Messtasters bewirkt, wenn der Messschlitten 9 mit dem Gestell 10 fest verbunden wird.

An den Enden dieser Getriebekette befinden sich hochgenaue Wegaufnehmer, vorzugsweise Strichgittermassstäbe am beweglichen Teil und zugehörige Leseköpfe am feststehenden Teil, und zwar 11,12 am Messtaster und Messschlitten, 13,14 am Wälzschlitten und Grundbett und 15,16 am Wälzlineal und Grundbett. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist statt einer Strichgitterscheibe auf der Prüfradachse ein Strichgittermassstab an dem in der Getriebekette unmittelbar folgenden Wälzlineal vorgesehen, weil aufgrund von Versuchen an Geräten dieser Gattung die Wegmessung insgesamt genauer ist als die Drehwinkelmessung trotz der noch dazwischenliegenden Wälzung. Der Lesekopf 16 ist direkt, die Leseköpfe 12 und 14 sind über einen Umschalter 20 für die Evolventen- beziehungsweise Zahnschrägenmessung mit einer Recheneinheit 21 verbunden.

Zur Durchführung einer Evolventenmessung wird die Getriebekette über Spindel 17 am Steuerschlitten 5 angetrieben, wenn der Durchmesser D der Wälzscheibe 3 grösser ist als der Grundkreisdurchmesser db oder über Spindel 18 am Wälzschlit-ten 7 im umgekehrten Fall. Währenddessen ist der Messschlitten 9 von Spindel 19 entkuppelt und mit dem Wälzschlitten starr verbunden. Der Messtaster 2 stellt nun in der an sich bekannten Weise die Abweichungen der Zahnflanke gegenüber jener Bezugskurve fest, die von der dargestellten Getriebekette erzeugt wird, jedoch der Soll-Evolvente schon sehr nahe kommt. Gleichzeitig werden die von den Leseköpfen 14 und 16 kommenden wegproportionalen Impulsfolgen in der Recheneinheit in BCD-kodierte Zahlenwerte umgewandelt und gespeichert.

Treibt Spindel 17, kommt vom Lesekopf 14 die kleinere der beiden Impulszahlen. Diese wird mit dem Soll-Übersetzungs-verhältnis der Getriebekette D/db multipliziert, das sich über eine Tastatur 22 in die Recheneinheit eingeben lässt. Treibt Spindel 18, entsteht am Lesekopf 16 die kleinere Impulszahl, 5 und diese wird mit dem Wert db/D multipliziert. Anschliessend zieht der Rechner das so gebildete Produkt von der anderen, der höheren Impulszahl ab. Dieses Differenzsignal stellt den Übertragungsfehler der Getriebekette dar, um den der Messwert korrigiert werden muss. Durch die Massnahme, immer die klei-10 nere Impulszahl mit einer Zahl über eins zu multiplizieren und mit der höheren Impulszahl zu vergleichen, wird das Auflösungsvermögen der Strichgittermassstäbe am besten ausgeschöpft.

Die Berechnung des Korrekturwertes erfolgt jedesmal, 15 wenn eine der beiden Impulszahlen sich um eine Einheit geändert hat, d.h. wenn sich ein Strichgittermassstab um beispielsweise 0,1 Mikrometer verschoben hat. Die so laufend ermittelten Korrekturwerte werden dann in einem Differenzbildner 23 vorzeichengerecht vom jeweiligen Messwert des Messtasters abgezogen, der vorzugsweise ebenfalls als digitaler Zahlenwert dem Differenzbildner zugeleitet wird.

Diese Massnahme beruht auf der Erkenntnis, dass sich bei Prüfgeräten der eingangs beschriebenen Gattung der Übertragungsfehler der Getriebekette den tatsächlichen Abweichungen 25 auf der Zahnflanke unmittelbar überlagert und daher am Messwert wieder kompensiert werden kann.

Nach Berücksichtigung des gewünschten Vergrösserungs-massstabs wird der so korrigierte Messwert über einen Digital-Analog-Wandler 24 in der Ausgabeeinheit 25 registriert.

Bei der Zahnschrägenmessung wird die Getriebekette bei feststehendem Messschlitten 9 wieder je nach dem günstigsten Übertragungsverhältnis über eine der drei Spindeln 17,18,19 angetrieben. Danach richtet sich auch der Betrag des Soll-Übersetzungsverhältnisses, der aus den Grössen Wälzscheibendurch-35 messer D, Grundkreisdurchmesser db und Grundschrägungs-winkel ßb gebildet und mit der kleineren Impulszahl von Lesekopf 12 oder 16 multipliziert wird. Der weitere Rechenablauf erfolgt wie bei der Evolventenmessung.

Da in Extremfällen sehr langsame Bewegungen an einem 40 Getriebeglied und damit verbundene Schwingungen auftreten können, die kurzfristig zur Bewegungsumkehr führen, sind die digitalen Messysteme vorzugsweise mit Vorwärts/Rückwärts-zähleinrichtung zu versehen.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

630 173 PATENTANSPRÜCHE

1. Evolventen- und Zahnschrägen-Prüfgerät mit mechanisch arbeitender Getriebekette, die einen Messtaster relativ zu einem Prüfrad auf der erforderlichen Bezugskurve führt, gekennzeichnet durch einen ersten signalerzeugenden Wegaufnehmer (15,16) an dem einen Ende der Getriebekette, einen zweiten signalerzeugenden Wegaufnehmer (11,12 oder 13,14) an dem anderen Ende der Getriebekette, durch eine Recheneinheit (21), die das Signal des einen Wegaufnehmers mit dem eingegebenen Soll-Übersetzungsverhältnis der Getriebekette multipliziert und dann vom Signal des anderen Wegaufnehmers abzieht und durch eine Einrichtung (23), mit welcher das so gebildete Differenzsignal als Korrekturwert vom Messwert des Messtasters (2) vorzeichengerecht abziehbar ist.

2. Prüfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wegaufnehmer (11,12; 13,14; 15,16) optisch-digitale Strichgitter-Messysteme sind.

3. Prüfgerät nach Anspruch 2, bei dem sich das Prüfrad dreht, während sich der Messtaster geradlinig verschiebt, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung der Prüfraddrehung eine Strichgitterscheibe auf der Prüfradachse vorgesehen ist.

4. Prüfgerät nach Anspruch 2, bei dem sich das Prüfrad dreht, während sich der Messtaster geradlinig verschiebt und bei dem die Prüfraddrehung durch ein Wälzlineal (4) und eine Wälzscheibe (3) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung der Prüfraddrehung ein Strichgittermassstab (15), dem ein Lesekopf (16) zugeordnet ist, an dem Wälzlineal (4) vorgesehen ist.

5. Prüfgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung der Tasterverschiebung ein Strichgittermassstab (13) für die Evolventenmessung und ein weiterer Strichgittermassstab (11) für die Zahnschrägenmessung vorgesehen sind, wobei jedem Strichgittermassstab (13, 11) ein Lesekopf (14,12) zugeordnet ist.

6. Prüfgerät nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die optisch-digitalen Strichgitter-Messsysteme (11,12; 13,14; 15,16) jeweils mit einer Vorwärts/ Rückwärtszähleinrichtung versehen sind.