Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermessen wenigstens
einer Lochung eines Werkstücks hinsichtlich ihrer Querschnitts
abmessungen, insbesondere zum Vermessen einer Mikrolochung,
wobei ein elastisch nachgiebiger Prüfkörper durch eine Relativ
bewegung zentriert in die Lochung eingeschoben und/oder aus
dieser herausgeschoben wird, und wobei die Querschnittsabmes
sungen des Prüfkörpers etwas größer sind als diejenigen der
Lochung, so dass der in der Lochung befindliche Prüfkörper
elastisch an die Wandung der Lochung angedrückt wird.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zum
Kalibrieren der Querschnittsabmessungen wenigstens einer Lo
chung eines Werkstücks, insbesondere einer Mikrolochung, wobei
ein Kalibrierkörper in die Lochung eingeschoben und/oder aus
dieser herausgeschoben wird, wobei die Querschnittsabmessungen
des Kalibrierkörpers etwas größer sind als diejenigen der
Lochung und wobei der Kalibrierkörper härter ist als die Wan
dung der Lochung, so dass die Lochung beim Ein- und/oder Her
ausschieben des Kalibrierkörpers aufgeweitet wird. Dabei wird
unter einer Mikrolochung eine Lochung verstanden, deren größte
Querschnittsabmessung kleiner als 2 Millimeter, insbesondere
kleiner als 500 µm und vorzugsweise kleiner als 200 µm ist.
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Ver
messen wenigstens einer Lochung eines Werkstücks hinsichtlich
ihrer Querschnittsabmessungen, mit einem in die Lochung des
Werkstücks zentrisch einschiebbaren und/oder aus dieser he
rausschiebbaren, elastisch nachgiebigen Prüfkörper, dessen
Querschnittsabmessungen etwas größer sind als diejenigen der
Lochung, so dass der in der Lochung befindliche Prüfkörper an
die Wandung der Lochung angedrückt ist.
Außerdem bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zum
Kalibrieren wenigstens einer Lochung eines Werkstücks, mit
einem in die Lochung des Werkstücks zentrisch einschiebbaren
und/oder aus dieser herausschiebbaren Kalibrierkörper, der
härter ist als die Wandung der Lochung, wobei die Querschnitts
abmessungen des Kalibrierkörpers etwas größer sind als diejeni
gen der Lochung, so dass die Lochung durch das Einschieben des
Kalibrierkörpers aufweitbar ist.
Aus DE 24 45 835 C2 kennt man bereits ein Meßverfahren der
eingangs genannten Art, bei dem die zu vermessende Lochung eine
zylindrische Bohrung ist, in die zum Messen ihres Innendurch
messers ein als Meßlehre ausgebildeter Prüfkörper eingeschoben
wird. Die Meßlehre weist zwei an ihrem Gehäuse diametral gege
nüberliegende Meßfühler auf, die in radialer Richtung der
Meßlehre aufeinander zu- und voneinander wegbewegbar sind. In
Gebrauchsstellung werden die Meßfühler elastisch an die Innen
wandung der Bohrung angedrückt. An den Meßfühlern sind Drähte
befestigt, die im Inneren des Gehäuses der Meßlehre angeordnet
sind und die radiale Bewegung der Meßfühler auf ein bewegliches
Meßglied eines Wandlers übertragen, der in dem Gehäuse der
Meßlehre angeordnet ist. In dem Wandler wird ein zur Auslenkung
der Fühler entsprechendes elektrisches Signal erzeugt. Die
Meßlehre hat den Nachteil, dass sie einen komplizierten Aufbau
mit einer Vielzahl von relativ zueinander beweglichen Einzel
teilen aufweist. Dadurch ergeben sich entsprechend große Abmes
sungen der Meßlehre, weshalb diese für die Vermessung von
Lochungen mit kleinen Querschnittsabmessungen, insbesondere von
Mikrolochungen, praktisch nicht geeignet ist. Darüber hinaus
hat die Meßlehre auch den Nachteil, dass sie nur an zwei dia
metral einander gegenüberliegenden Stellen an der Wandung der
Lochung anliegt, so dass das Meßsignal nur die Querschnittsab
messung der Lochung in Richtung der Verbindungslinie dieser
Stellen anzeigt. Soll die Lochung auch in anderen Richtungen
vermessen werden, muss die Meßlehre in mehreren unterschiedli
chen Richtungen in der Lochung positioniert werden. Das Vermes
sen der Lochung ist deshalb auch noch vergleichsweise kompli
ziert und zeitaufwendig.
Aus GB 1 124 309 kennt man auch bereits ein Kalibrierverfahren
der eingangs genannten Art, bei dem zum Herstellen einer Düse
zunächst in einem ersten Verfahrensschritt mittels eines Bear
beitungswerkzeugs eine Durchtrittslochung in ein Werkstück
eingebracht wird. Um den Durchmesser der Lochung auf ein vorge
sehenes Endmaß zu bearbeiten, wird danach in einem zweiten
Verfahrensschritt ein Kalibrierkörper in die Lochung eingescho
ben, dessen Durchmesser etwas größer ist als derjenige der
Lochung, wobei die Lochung auf das Endmaß aufgeweitet wird.
Zwar kann durch die Kalibrierung vor allem bei Lochungen mit
großen Längen zu Durchmesser-Verhältnis (Aspektverhältnis),
insbesondere mit einem Aspektverhältnis von größer als 4 : 1, die
Maßhaltigkeit der Lochung verbessert werden. Durch die Kalib
rierung können jedoch Maßungenauigkeiten der Lochung nur in
begrenztem Umfang beseitigt werden. Insbesondere, wenn die
Lochung in dem ersten Verfahrensschritt, beispielsweise aufgrund
von Verschleiß an einer Materialbearbeitungseinrichtung
nicht mit ausreichender Maßgenauigkeit in das Werkstück einge
bracht wird, können unzulässig große Toleranzen auftreten,
welche die Funktion des Werkstücks beeinträchtigen können.
Aus DE 36 22 497 C2 ist ferner ein Verfahren zum Prüfen eines
an einer Werkstückhalterung horizontal gelagerten Rohres auf
freien Durchgang bekannt. Mittels eines Antriebs wird ein
Prüfkörper zentriert in die Innenhöhlung des Rohres eingeführt
und in dieser vorgeschoben. Zwischen dem Prüfkörper und dem
Antrieb ist ein Kraftmesseinrichtung zum Messen der entlang des
Verschiebewegs auf den Prüfkörpers ausgeübten Vorschubkraft
angeordnet. Beim Überschreiten einer vorgegebenen Vorschubkraft
wird der Antrieb abgeschaltet. Das Verfahren ermöglicht zwar
die Überprüfung des Rohres auf freien Durchgang. Eine Messung
des Innenquerschnittsverlaufs des Rohres entlang des Verschie
beweges erfolgt bei dem Verfahren jedoch nicht.
Aus DE 39 30 630 C1 ist eine Vorrichtung zum Vermessen einer
Lochung eines Werkstücks hinsichtlich ihrer Querschnittsabmes
sungen bekannt. Die Vorrichtung weist einen zentriert in die
Lochung einschiebbaren Prüfkörper auf, der mehrere, in einer
Reihe hintereinander aufgereihte Kugeln hat, die im Durchmesser
um einen vorgegebenen Betrag stufenweise ansteigen. Der Durch
messer der Kugeln ist zum Teil größer als derjenige der Lo
chung. Das Werkstück ist an einer Werkstückhalterung angeord
net, so dass es mit seiner Lochung fluchtend zu dem Prüfkörper
positionierbar ist. Der Prüfkörper ist an einer Schiebeführung
verschiebbar gelagert und mittels eines Verschiebeantriebs in
die Lochung einschiebbar. Zur Begrenzung der Kraft beim Ein
schieben des Prüfkörpers ist eine Kraftmeßeinrichtung mit einem
Schaltelement vorgesehen, welches den Verschiebeantrieb beim
Überschreiten einer vorgegeben Kraft abschaltet. Das Verfahren
ermöglicht jedoch keine Messung des Bohrlochdurchmesserverlaufs
und somit der Bohrlochkontur über den Verschiebeweg.
Aus DE 42 08 138 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Streck- und Ziehkraftmessung an Steckkontakten beschrieben,
wobei zentrisch ein einschiebbarer oder herausziehbarer Prüf
körper in die Lochung des in einer Werkstückhalterung fluchtend
zum Prüfkörper gehaltenen Steckkontaktes vermittels einer
angetriebenen Verschiebeeinrichtung eingeschoben oder herausge
zogen wird. Die dabei aufgewendete Verschiebekraft wird mit
Hilfe einer Kraftmessvorrichtung gemessen. Der gemessenen
Kurvenverlauf wird mit einer in einem Speicher abgelegten
Sollkurve verglichen. Wird eine Kraft gemessen, die außerhalb
eines vorgegebenen Toleranzbereichs liegt, wird ein Fehlersig
nal ausgelöst.
Aus DE 40 25 353 A1 sind ferner ein Kalibrier-Verfahren und
eine Kalibrier-Vorrichtung der eingangs genannten Art bekannt.
Dabei wird ein Prüfkörper in eine Lochung eingeschoben, dessen
Querschnittsabmessungen etwas größer sind als die der Lochung.
Der Prüfkörper weist einen Vorschaltkonus auf, der härter ist
als die Wandung der Lochung. Bei Einschieben des Vorschaltkonus
in die Lochung öffnet und glättet dieser die Lochung auf das
Sollmaß eines hinter dem Vorschaltkonus angeordneten, mit
diesem verbundenen Sensorkörpers. Der Sensorkörper weist einen
Doppelkristall auf, mit dem die von dem Sensorkörper auf die
Wandung der Lochung ausgeübte Radialkraft zu Qualitätskontroll
zwecken gemessen wird. Die Kalibrier-Vorrichtung weist jedoch
einen relativ komplizierten Aufbau auf. Außerdem ist sie wegen
der Baugröße des Sensorkörpers für die Qualitätskontrolle von
Lochungen, deren Durchmesser kleiner als 500 µm ist, praktisch
nicht geeignet.
Aus DE 195 34 790 A1 sind außerdem ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Kalibrieren einer Lochung beschrieben, bei
denen ein Kalibrierdorn mit Hilfe eines Kragenschafts beim
Herausziehen die Innen-Querschnittsabmessung eines Kragens
bestimmt, der beim Eintreiben des Kalibrierdorns in eine Lo
chung eines Werkstücks gebildet worden ist. Eine Qualitätsüber
prüfung der Abmessungen der zu kalibrierenden Lochungen erfolgt
bei diesem Verfahren jedoch nicht.
Aus DE 42 25 398 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Kalibrieren einer Bohrung mit einem kreisrunden Kalibrierdorn
erwähnt. Auch hier ist eine Qualitätsüberprüfung der Abmessun
gen der zu kalibrierenden Lochungen nicht vorgesehen.
Aus DE 43 29 540 C1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Kalibrieren der Innenhöhlung eines gebogenen Rohrstücks ent
nehmbar, wobei ein zentrisch einziehbarer Kalibrierkörper, der
härter ist als die Wandung des Rohrstücks und dessen Quer
schnittsabmessungen etwas größer sind als diejenigen der Innen
höhlung, so dass diese aufgeweitet wird. Die Abweichung der
Biegung des Rohrstücks von der exakten Kreisquerschnittsform
wird vor Beginn des Kalibrierens gemessen und danach wird der
Durchmesser des Kalibrierkörpers bestimmt. Das Verfahren ist
jedoch noch relativ aufwendig.
Es besteht deshalb die Aufgabe, ein Meßverfahren und eine
Meßvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, wel
che(s) insbesondere bei einer Mikrolochung auf einfache Weise
ein Vermessen der Querschnittsabmessung(en) der Lochung ermög
licht. Außerdem besteht die Aufgabe, ein Kalibrier-Verfahren
und eine Kalibriervorrichtung der eingangs genannten Art zu
schaffen, welche(s) eine
Qualitätskontrolle und/oder eine Qualitätsverbesserung der
kalibrierten Lochungen ermöglicht.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht bei einem Meßverfahren der eingangs
genannten Art darin, daß die beim Ein- und/oder Herausschieben des
Prüfkörpers aufgebrachte Verschiebekraft zumindest über einen
Teilbereich des Relativverschiebeweges zwischen dem Prüfkörper und
dem Werkstück gemessen wird, und daß der Verschiebekraftverlauf
ein Maß für die Querschnittsabmessungen der Lochung im Verlauf des
Relativverschiebeweges bildet.
In vorteilhafter Weise ist es dadurch möglich, auf einfache Weise
indirekt die Querschnittsabmessungen einer Präzisionslochung zu
überprüfen, indem beim Verschieben des Prüfkörpers in der Lochung
die Verschiebekraft und somit die mechanische Widerstandskraft
gemessen wird, den die gegen die Rückstellkraft des Werkstoffs des
Prüfkörpers an diesem anliegende Wandung der Lochung des Werkstücks
der Schub- oder Verschiebebewegung entgegensetzt. Unter einer
Verschiebekraft wird eine Schub- oder Zugkraft verstanden. Aus dem
gemessenen Verschiebekraftverlauf kann dann auf die Querschnitts
abmessung der Lochung entlang des Relativ-Verschiebeweges zwischen
Prüfkörper und Werkstück rückgeschlossen werden. Dadurch ist es
auf einfache Weise möglich, eine Aussage über die Qualität der
Lochung und deren Maßhaltigkeit zu treffen. Das Verfahren eigent
sich insbesondere zum Vermessen von Bohrungen mit kleinem
Durchmesser, beispielsweise von Mikrolochungen mit einem Durchmesser
zwischen 100 und 200 µm. Dabei ist es sogar möglich, Lochungen mit
großem Aspektverhältnis, die mit anderen Meßverfahren nicht oder
nur mit großem Aufwand vermessen werden können, mit hoher Präzision
zu vermessen.
Bezüglich des Kalibrierverfahrens besteht die Lösung der vorstehend
genannten Aufgabe darin, daß die beim Ein- und/oder Herausschieben
des Kalibrierkörpers aufgebrachte Verschiebekraft zumindest über
einen Teilbereich des Relativverschiebeweges zwischen dem
Kalibrierkörper und dem Werkstück gemessen wird, und daß der
Verschiebekraftverlauf ein Maß für die Querschnittsabmessungen
bildet, welche die Lochung vor ihrem Kalibrieren im Verlauf des
Relativverschiebeweges aufweist.
In vorteilhafter Weise ist es also durch die Messung des Verschiebe
kraftverlaufs des Kalibrierkörpers auf einfache Weise möglich,
während des Kalibrierens der Lochung und somit unter Vermeidung
eines zusätzlichen Verfahrensschrittes die Querschnittsabmessungen
zu kontrollieren, welche die Lochung vor dem Durchführen des
Kalibrierungsschrittes aufwies. Aus den Querschnittsabmessungen
kann dann beispielsweise eine Aussage über die Qualität der Lochung
vor dem Kalibrieren und somit auch über den Fertigungsprozeß
getroffen werden, der beim Einbringen der Lochung in das Werkstück
zur Anwendung kam. Aus dem gemessen Verschiebekraftverlauf läßt
sich sogar eine Aussage über die Querschnittsabmessungen der Lochung
nach dem Kalibrierungsschritt und somit über die Maßhaltigkeit der
Lochung in Bezug zu einer Vorgabe treffen. So kann beispielsweise,
wenn die Verschiebekraft an wenigstens einer Stelle des Relativver
schiebeweges zwischen Kalibrierkörper und Werkstück einen
vorgegebenen Grenzwert unterschreitet, darauf geschlossen werden,
daß die Lochung nach dem Kalibrieren an dieser Stelle einen zu großen
Durchmesser aufweist. Das Verfahren ermöglich eine einfache
Herstellung einer Präzisionslochung oder -lochung.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die
Veränderung der Verschiebekraft über den Verschiebeweg ermittelt,
wobei bei einer Verschiebekraftzunahme eine Querschnittsabnahme
und bei einer Verschiebekraftabnahme eine Querschnittserweiterung
der Lochung detektiert wird. Dadurch können Querschnittsver
änderungen im Verlauf der Lochung, wie sie beispielsweise bei einer
Fehlpositionierung der Fokuslage eines zum Einbringen der Lochung
in das Werkstück vorgesehenen Laser- oder Elektronenstrahls auftreten
können, auf einfache Weise erfasst und die Fokuslage dann
gegebenenfalls entsprechend korrigiert werden.
Besonders vorteilhaft ist, wenn der Verschiebekraftverlauf mit einem
Sollwert oder einem Sollwertbereich verglichen wird und wenn bei
einer Abweichung des Verschiebekraftverlaufs von dem Sollwert oder
dem Sollwertbereich das Werkstück ausgesondert wird. Dadurch ist
es insbesondere bei einer Serienfertigung von Werkstücken auf
einfache Weise möglich, eine nahezu einhundertprozentige Qualität
der gefertigten, nicht ausgesonderten Werkstücke bezüglich ihrer
Lochabmessungen zu erreichen.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
vorgesehen, daß die Lochung mittels einer Materialbearbeitungsein
richtung in das Werkstück eingebracht wird, daß der gemessene
Verschiebekraftverlauf mit einem Sollwert oder einem Sollwertbereich
verglichen wird und daß bei einer Abweichung des Verschiebekraftver
laufs von dem Sollwert oder dem Sollwertbereich ein Verschleiß an
der Materialbearbeitungseinrichtung detektiert und gegebenenfalls
ein Verschleißteil der Materialbearbeitungseinrichtung erneuert
wird, insbesondere ein Bearbeitungswerkzeug. So kann beispielsweise
bei einer Materialbearbeitungseinrichtung, die als Laserbohrvor
richtung beispielsweise mit einem Nd:YAG-Laser als Strahlquelle
ausgebildet ist, bei einer Abweichung des Verschiebekraftverlaufs
von dem Sollwert oder dem Sollwertbereich auf einen Verschleiß der
Blitzlampen des Lasers geschlossen werden. Diese können dann
gegebenenfalls erneuert werden. Bei einer Materialbearbeitungsein
richtung, die zum Einbringen der Lochung in das Werkstück ein
mechanisches Werkzeug, insbesondere ein Bohrwerkzeug aufweist, kann
bei einer Abweichung des Verschiebekraftverlaufs von dem Sollwert
oder dem Sollwertbereich ein Verschleiß an dem Werkzeug detektiert
werden.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen,
daß der Prüf- oder Kalibrierkörper an seinem in die Bohrung
einführbaren freien Endbereich und/oder das Werkstück an einem diesem
Endbereich zugewanden Randbereich der Lochung wenigstens eine
Einführschräge aufweist, daß der Endbereich des Prüf- oder
Kalibrierkörpers quer zum dem Relativverschiebeweg von Prüfkörper
und Werkstück gegenüber dem Werkstück auslenkbar ist, daß die
Auslenkung des Endbereichs beim Einschieben in die Lochung und/oder
Herausschieben aus der Lochung gemessen wird, und daß beim Auftreten
einer Auslenkung das Werkstück zum Zentrieren des Prüf- oder
Kalibrierkörpers in Bezug zu der Lochung des Werkstücks entgegen
der Auslenkung relativ zu dem Prüf- oder Kalibrierkörper verschoben
wird und daß der Prüf- oder Kalibrierkörper gegebenenfalls aus der
Lochung entfernt und danach erneut in die Lochung eingeschoben wird.
Dadurch ist es möglich, den Prüf- oder Kalibrierkörper auf einfache
Weise an der zu vermessenden und gegebenenfalls zu kalibrierenden
Lochung zu zentrieren, wobei der Prüf- oder Kalibrierkörper zunächst
grob an der Lochung vorpositioniert und dann in diese eingeschoben
wird. Wenn der Prüf- oder Kalibrierkörper nicht genau in gerader
Verlängerung der Lochung angeordnet ist und somit nicht mit dieser
fluchtet, wird das dem Werkstück zugewandte freie Ende des Prüf-
oder Kalibrierkörpers beim Einschieben in die Lochung und/oder
Herausschieben aus der Lochung bei einer Berührung an der
Einführschräge quer zur Schieberichtung ausgelenkt. Diese Auslenkung
wird gemessen und aus dem Messwert wird die Lage des Prüf- oder
Kalibrierkörpers relativ zu der Lochung ermittelt. Wenn eine
Lageabweichung von der Zentrierlage festgestellt wird, wird der
Prüf- oder Kalibrierkörper im Sinne einer Reduzierung dieser
Zentrierlageabweichung relativ zu dem Werkstück verschoben. Die
Messung der Zentrierlage kann dann gegebenenfalls wiederholt werden,
bis der Prüf- oder Kalibrierkörper mit einer vorgegebenen Genauigkeit
an der Lochung zentriert ist. In vorteilhafter Weise erfüllt der
Prüf- oder Kalibrierkörper also eine Doppelfunktion und dient außer
zum Vermessen und gegebenenfalls Kalibrieren der Lochung auch als
Taster zum Bestimmen seiner Zentrierlage relativ zu der Lochung
des Werkstücks.
Vorteilhaft ist, wenn die seitliche Auslenkung des freien Endbereichs
des Prüf- oder Kalibrierkörpers berührungslos gemessen wird,
insbesondere optisch. Die Zentrierlage zwischen Prüf- oder
Kalibrierkörper und Lochung kann deshalb mit großer Präzision
bestimmt werden.
Vorteilhaft ist, wenn der Prüf- oder der Kalibrierkörper mit
konstanter Geschwindigkeit entlang des Relativverschiebeweges
relativ zu dem Werkstück bewegt wird, und daß die Verschiebekraft
indirekt gemessen wird, indem Meßwerte für die zum Ein- und/oder
Herausschieben des Prüf- oder Kalibrierkörpers aufgebrachte Leistung
erfaßt und aus diesen Meßwerten die Verschiebekraft bestimmt wird.
Das Verfahren ist dann noch einfacher durchführbar.
Bezüglich der Meßvorrichtung der eingangs genannten Art wird die
vorstehend genannte Aufgabe dadurch gelöst, daß zum Halten des
Werkstücks eine Werkstückhalterung vorgesehen ist, an der das
Werkstück mit der Lochung zu dem Prüfkörper fluchtend positionierbar
ist, daß zwischen der Werkstückhalterung und dem Prüfkörper eine
Schiebeführung angeordnet ist, an welcher der Prüfkörper verschiebbar
gelagert und mittels eines Verschiebeantriebs in Schieberichtung
der Schiebeführung in die Lochung des Werkstücks einschiebbar
und/oder aus dieser herausschiebbar ist, daß eine Kraftmeßeinrichtung
vorgesehen ist, die zum Messen der beim Ein- und/oder Herausschieben
des Prüfkörpers auf diesen ausgeübten Verschiebekraft ausgebildet
ist, und daß die Verschiebekraft ein Maß für die Querschnitts
abmessungen der Lochung im Verlauf des Relativverschiebeweges bildet.
Dabei kann der Verschiebeantrieb ein manueller oder motorischer
Antrieb sein. Mittels der Meßvorrichtung können die Querschnitts
abmessungen der Lochung auf einfache Weise überprüft werden, indem
der an der Schiebeführung in gerader Verlängerung der Lochung auf
diese zu- und von dieser wegverschiebbar gelagerte Prüfkörper in
die Lochung eingeschoben und mittels der Kraftmeßeinrichtung
zumindest entlang eines Teilbereichs des Relativ-Verschiebeweges
zwischen Prüfkörper und Werkstück die Verschiebekraft beim
Einschieben und/oder Herausschieben und somit die Widerstandskraft
gemessen wird, den die gegen die Rückstellkraft des Prüfkörpers
an diesem anliegende Wandung der Lochung der Schub- oder Ver
schiebebewegung entgegensetzt. Aus dem gemessenen Verschiebekraftver
lauf kann dann eine Aussage über die Querschnittsabmessungen der
Lochungen entlang des Relativverschiebeweges zwischen Prüfkörper
und Werkstück getroffen werden.
Bezüglich der Kalibriervorrichtung der eingangs genannten Art wird
die vorstehend genannte Aufgabe dadurch gelöst, daß zum Halten des
Werkstücks eine Werkstückhalterung vorgesehen ist, an der das
Werkstück mit der Lochung zu dem Kalibrierkörper fluchtend
positionierbar ist, daß zwischen der Werkstückhalterung und dem
Kalibrierkörper eine Schiebeführung angeordnet ist, an welcher der
Kalibrierkörper verschiebbar gelagert und mittels eines Verschiebean
triebs in Schieberichtung der Schiebeführung in die Lochung des
Werkstücks einschiebbar und/oder aus dieser herausschiebbar ist,
daß eine Kraftmeßeinrichtung vorgesehen ist, die zum Messen der
beim Ein- und/oder Herausschieben des Prüfkörpers auf diesen
ausgeübten Verschiebekraft ausgebildet ist, und daß die Verschiebe
kraft ein Maß für die Querschnittsabmessungen der Lochung bildet,
die diese vor ihrem Kalibrieren im Verlauf des Relativver
schiebeweges zwischen Kalibrierkörper und Werkstück aufwies.
Die Kalibriervorrichtung ermöglicht es, während des Kalibrierens
der Lochung die Querschnittsabmessungen zu kontrollieren, welche
die Lochung vor dem Durchführen des Kalibrierungsschritt aufwies.
In vorteilhafter Weise kann dadurch die Maßhaltigkeit der Lochung
in Bezug zu einer Vorgabe überprüft werden, ohne daß dadurch ein
zeitaufwendiger zusätzlicher Meßwerterfassungsschritt erforderlich
ist. Die Vorrichtung ermöglicht insbesondere in der Serienfertigung
eine schnelle Bearbeitung und Überprüfung von Lochungen. Der
Verschiebeantrieb kann ein manueller oder motorischer Antrieb sein.
Vorteilhaft ist, wenn die Vorrichtung einen Weggeber zum Messen
des Relativverschiebeweges zwischen dem Prüfkörper oder Kalibrierkör
per und dem Werkstück aufweist. Es kann dann ein Kraft-Wegprofil
gemessen werden. Aus dem Flächenprofil des Kraft-Wegverlaufs kann
dann eine noch genauere Aussage über die Querschnittsabmessungen
der Lochung an den unterschiedlichen Stellen des Relativver
schiebeweges zwischen Kalibrierkörper und Werkstück abgeleitet
werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein
Meßsignalausgang der Kraftmeßeinrichtung zum Vergleichen des
Kraftmeßsignales mit einem Sollwertsignal mit einem Vergleichseingang
einer Vergleichseinrichtung verbunden, wobei der Ausgang dieser
Vergleichseinrichtung mit einer Fehleranzeigeeinrichtung und/oder
einer Einrichtung zum Aussondern des Werkstücks verbunden ist. Dabei
kann die Vergleichseinrichtung gegebenenfalls ein Teil eines
Mikroprozessors sein. Durch das Aussondern von Werkstücken, bei
denen die Abmessungen der Lochungen nicht mit einem Vorgabewert
oder Toleranzband übereinstimmen, ermöglicht die Vorrichtung eine
hohe Fertigungsqualität.
Vorteilhaft ist, wenn die Vergleichseinrichtung mit einem
Steuereingang einer Einrichtung zum Wechseln eines Verschleiß
teiles, insbesondere eines Bearbeitungswerkzeuges, einer für das
Einbringen der Lochung in das Werkstück vorgesehenen Material
bearbeitungseinrichtung verbunden ist. Das Verschleißteil kann dann
beim Auftreten einer außerhalb eines Vorgabebereichs liegenden
Maßtoleranz der Lochung automatisch erneuert werden, wodurch
einerseits die Maßhaltigkeit der mit der Vorrichtung hergestellten
Lochungen und andererseits aber auch die Produktivität der
Vorrichtung verbessert wird, da weniger Werkstücke ausgesondert
werden müssen.
Bei einer Ausführungsform der Vorrichtung ist der Prüf- oder
Kalibrierkörper mittels einer schwimmenden Lagerung quer zur
Schieberichtung der Schiebeführung verschiebbar gelagert, wobei
als Einführhilfe für den Prüf- oder Kalibrierkörper wenigstens eine
Einführschräge vorgesehen ist, die vorzugsweise an dem dem Werkstück
zugewandten freien Endbereich des Prüf- oder Kalibrierkörpers
angeordnet ist. Der Prüf- oder Kalibrierkörper zentriert sich dann
beim Einschieben in die Lochung automatisch an der Lochung.
Vorteilhaft ist, wenn die Werkstückhalterung zum Positionieren des
Prüf- oder Kalibrierkörpers an der Lochung des Werkstücks mittels
einer motorisch angetriebenen Positioniereinrichtung quer zur
Schiebeeinrichtung der Schiebeführung relativ zu der Schiebeführung
positionierbar ist. Die Positioniereinrichtung kann dann beispiels
weise mit einer Maschinensteuerung verbunden sein, um den Prüf-
oder Kalibrierkörper automatisch an der zu vermessenden und
gegebenenfalls zu bearbeitenden Lochung zu positionieren. Die
Maschinensteuerung kann gegebenenfalls einen Lageregelkreis mit
einem Sensor zum Detektieren einer Abweichung der Lage der Lochung
von einer Soll-Lage aufweisen.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung ist
vorgesehen, daß der Prüf- oder Kalibrierkörper an seinem in die
Lochung einführbaren freien Endbereich und/oder das Werkstück an
einem diesem Endbereich zugewanden Randbereich der Lochung wenigstens
eine Einführschräge aufweist, daß der Endbereich des Prüf- oder
Kalibrierkörpers quer zum dem Relativverschiebeweg von Prüf- oder
Kalibrierkörpers und Werkstück gegenüber dem Werkstück auslenkbar
ist, und daß eine Wegmeßeinrichtung zur Messung der Querauslenkung
des Endbereichs beim Einschieben in die Lochung vorgesehen ist,
welche Wegmeßeinrichtung über einen Lageregler zum Zentrieren des
Endbereichs des Prüf- oder Kalibrierkörpers in Bezug zu der Lochung
mit der Positioniereinrichtung der Werkstückhalterung verbunden
ist. Der Prüf- oder Kalibrierkörper weist dann eine Doppelfunktion
auf und dient außer zum Vermessen und gegebenenfalls Kalibrieren
der Lochung auch als elastisch auslenkbarer Taster zum bestimmen
der Zentrierlage des Prüf- oder Kalibrierkörpers in bezug zu der
Lochung des Werkstücks. Um beim Ein- und/oder Herausschieben des
außermittig an der Lochung angeordneten Prüf- oder Kalibrierkörpers
ein seitliches Auslenken des freien Endbereichs des Prüf- oder
Kalibrierkörpers quer zur Schieberichtung zu ermöglichen, kann der
Prüf- oder Kalibrierkörper zwischen seinem freien Endbereich und
seinem Befestigungsende eine Soll-Biegestelle aufweisen, die
beispielsweise durch eine Querschnittsreduzierung gebildet sein
kann. Der Prüf- oder Kalibrierkörper kann aber auch mittels einer
Schwenklagerung verschwenkbar mit der Schiebeführung verbunden
und/oder mittels einer schwimmenden Lagerung quer zum Verschiebeweg
der Schiebeführung bewegbar sein.
Der Verschiebeantrieb kann ein motorischer Antrieb sein, der zum
Ein- und/oder Herausschieben des Prüf- oder Kalibrierkörpers mit
mit konstanter Geschwindigkeit mit einem Geschwindigkeitsregler
verbunden ist, wobei die Kraftmeßeinrichtung zum indirekten Erfassen
der Verschiebekraft eine Leistungsmeßeinrichtung aufweist. Die
Verschiebekraft kann dann auf einfache Weise gemessen werden.
Der motorische Antrieb kann ein Tauchspulenantrieb sein. Der Antrieb
ist dann besonders kostengünstig herstellbar.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der
Weggeber als optischer Weggeber ausgebildet, insbesondere als
Encoder. Die Widerstandskraft beim Einschieben des Prüf- oder
Kalibrierkörpers in die Lochung und/oder beim Herausschieben des
Prüf- oder Kalibrierkörpers aus der Lochung kann dann berührungslos
und somit rückwirkungsfrei gemessen werden.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum
Vermessen und gegebenenfalls Kalibrieren einer Bohrung
eines Werkstücks und einer Laser-Bohreinrichtung zum
Einbringen der Lochung in das Werkstück,
Fig. 2 eine Seitenansicht auf einen in die Bohrung des Werkstücks
einführbaren Meß- oder Kalibrierkörper,
Fig. 3 bis 5 eine graphische Darstellung der beim Einschieben eines
Prüf- oder Kalibrierkörpers in eine Werkstück-Lochung
auf den Körper ausgeübten Verschiebekraft F als Funktion
des Relativverschiebeweges s, wobei unterhalb dieser
graphischen Darstellung ein Teillängsschnitt durch das
Werkstück entlang der Mittelachse der Lochung abgebildet
ist,
Fig. 6 eine Darstellung ähnlich Fig. 3, wobei diese jedoch
Meßkurven für die Verschiebekraftverläufe von Lochungen
unterschiedlichens Durchmessers aufweist, wobei der
größere dieser Durchmesser in der Querschnittsdarstellung
punktiert markiert ist, und
Fig. 7 eine Darstellung ähnlich Fig. 6, wobei jedoch der
Querschnitt nur im Halbschnitt dargestellt und oberhalb
der die Meßsignalverläufe enthaltenen Grafik angeordnet
ist, und wobei die Grafik Meßsignalverläufe für Prüf-
und/oder Kalibrierkörper mit drei unterschiedlichen
Querschnitten aufweist.
Eine im ganzen mit 1 bezeichnete Vorrichtung zum Vermessen einer
Lochung 2 eines Werkstücks 3 hinsichtlich ihrer Querschnitts
abmessungen weist einen Prüfkörper 4 auf, der von einer in der
Zeichnung nicht näher dargestellten Werkzeughalterung gehalten wird,
mit welcher der Prüfkörper 4 lösbar verbindar ist. In Fig. 1 ist
erkennbar, daß das Werkstück 3 an der Werkstückhalterung 5 mit der
Längsmittelachse seiner etwa kreiszylindrischen Lochung 2 etwa in
gerader Verlängerung zur Längsmittelachse des Prüfkörpers
positionierbar ist. Die Werkstückhalterung 5 kann Spannelemente,
eine Aufnahme oder dergleichen Befestigungsstellen für das Werkstück
3 aufweisen, die in der Zeichnung nicht näher dargestellt sind.
Zwischen der Werkstückhalterung 5 und dem Prüfkörper 4 ist eine
als Linearführung ausgebildete, nur schematisch dargestellte
Schiebeführung 6 angeordnet, an deren Schlittenteil der Prüf
körper 4 in Längserstreckungsrichtung der Lochung 2 entlang
eines Relativverschiebeweges relativ zu dem Werkstück 3 ver
schiebbar gelagert ist. Die Schiebeführung 6 weist zwei relativ
zueinander verschiebbaren Teile auf, von denen das eine mit der
Werkstückhalterung 5 und das andere Teil ist mit der Werkzeug
halterung des Prüfkörpers 4 verbunden ist.
Mittels eines als Linearantrieb ausgebildeten Verschiebean
triebs 7 ist der Prüfkörper 4 in Verschieberichtung der Schie
beführung 6 antreibbar und mit seinem freien Endbereich 8 in
die Lochung 2 des Werkstücks 3 einschiebbar. Der Verschiebean
trieb 7 weist eine mit dem Prüfkörper 4 in Antriebsverbindung
stehende Tauchspule auf, die in dem Magnetfeld eines Permanent
magneten angeordnet ist und beim Einspeisen eines elektrischen
Stromes - je nach Richtung des Stromes - entweder eine Schub-
oder eine Zugkraft auf den Prüfkörper 4 ausübt.
Der Verschiebeantrieb 7 ist mit einer Steuer- und Regeleinrich
tung 9 verbunden, die eine in der Zeichnung nicht näher darge
stellten Geschwindigkeitsregelkreis aufweist. Der Geschwindig
keitsregelkreis hat einen Regler, dem ein Soll-Istwert-
Vergleicher vorgeschaltet ist. Der Istwerteingang des Verglei
chers ist über ein Differenzierglied mit einem Weggeber 15 zum
Messen des Relativverschiebeweges s des Prüfkörpers 4 verbun
den. An dem Sollwerteingang des Vergleichers liegt während des
Einschiebens des Prüfkörpers 4 in die Lochung 2 ein konstanter
Geschwindigkeits-Sollwert an.
Die Querschnittsabmessungen zumindest eines in die Lochung 2
einschiebbaren Teilbereichs des Prüfkörpers 4 sind etwas größer
als die Querschnittsabmessungen wenigstens einer im Verlauf des
Relativverschiebeweges von Prüfkörper 4 und Lochung 2 angeord
neten, zu vermessenden Stelle der Lochung 2. Der Prüfkörper 4
ist zumindest quer zu dem Relativverschiebeweg elastisch nach
giebig und weist eine geringere Härte auf, als die Wandung der
Lochung 2. Dadurch wird der in die Lochung 2 eingeschobene
Endbereich 8 des Prüfkörpers 4 zumindest bereichsweise gegen
die Rückstellkraft seines Werkstücks elastisch an die Wandung
seiner Lochung 2 angedrückt.
Zum Messen der beim Einschieben des Prüfkörpers 4 an diesem von
dem Verschiebeantrieb 7 aufgebrachten Verschiebekraft, ist eine
Kraftmeßeinrichtung vorgesehen. Diese weist zum indirekten
Messen der Verschiebekraft eine Einrichtung zum Erfassen der
elektrischen Stromaufnahme des Verschiebeantriebs 7 auf. Diese
Einrichtung mit einer Umsetzeinrichtung verbunden, in der
antriebsspezifische Kenngrößen abgelegt sind, mittels denen
einem Stromaufnahmemeßwert jeweils ein Verschiebekraftwert
zugeordnet werden kann. Die Kenngrößen können beispielsweise in
einem Datenspeicher abgelegte Kennlinien oder Wertepaare sein,
die jeweils einen Strommeßwert und eine diesem zugeordneten
Verschiebekraftwert aufweisen.
In Fig. 3 bis 7 ist erkennbar, daß aus dem Verschiebekraftver
lauf 10 auf den Verlauf der Querschnittsabmessungen der Lochung
2 entlang des Relativverschiebeweges zurückgeschlossen werden
kann. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 weist der Prüf
körper 3 entlang des Relativverschiebeweges eine etwa konstante
Querschnittsabmessung auf. Deutlich ist erkennbar, daß der
Verschiebekraftverlauf entlang des Relativverschiebeweges
zunächst in einen ersten Teilbereich 11a des Verschiebekraft
verlaufs zunimmt, in einem zweiten Teilbereich 11b im wesentli
chen konstant ist und in einem dritten Teilbereich 11c in
Einschubrichtung abnimmt. Dabei kann aus dem konstanten Verlauf
des zweiten Teilbereichs 11b auf konstante Querschnitts
abmessungen der Lochung 2 entlang des Relativverschiebeweges s
geschlossen werden.
In Fig. 6 sind die Verschiebekraftverläufe 10, 10a entlang des
Relativverschiebeweges für zwei Lochungen 2 mit unterschiedli
chen Querschnittsflächen dargestellt. Die Wandungen der Lochung
2 mit
den kleineren Querschnittsabmessungen sind in dem Längsschnitt im
unteren Teil von Fig. 6 durch punktierte und diejenigen der Lochung
2 mit den größeren Querschnittsabmessungen durch strichlinierte
Linien dargestellt. In dem Diagramm im oberen Teil von Fig. 6 ist
erkennbar, daß der Verschiebekraftverlauf 10 der Lochung 2 mit den
größeren Querschnittsabmessungen an den einzelnen Stellen des
Relativverschiebeweges jeweils einen kleineren Wert aufweist als
der Verschiebekraftverlauf 10a der Lochung 2 mit der kleineren
Querschnittsfläche an der entsprechenden Stelle. Somit kann aus
der Größe der gemessenen Verschiebekraft auf den Querschnitt der
Lochung 2 rückgeschlossen werden. Eine Zunahme der Verschiebekraft
bedeutet eine Abnahme der Querschnittsabmessungen und somit der
Querschnittsfläche.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 weist die Lochung 2,
ausgehend von ihrem einen zu ihrem anderen Ende, entlang des
Relativverschiebewegs einen ersten Abschnitt 12a mit entlang des
Verschiebewegs etwa konstanten Abmessungen, eine Querschnittser
weiterung 12b, einen zweiten Abschnitt 12c mit etwa konstanten,
im Vergleich zu den Abmessungen des ersten Abschnitts 12a größeren
Abmessungen, eine Querschnittsverjüngung 12d und einen dritten
Abschnitt 12e mit etwa den Abmessungen des ersten Abschnitts 12a
entsprechenden konstanten Abmessungen auf. In dem ersten Abschnitt
12a steigt die Verschiebekraft entlang des Relativverschiebeweges
zunächst an, und erreicht dann etwa konstante Werte. An der
Querschnittserweiterung 12b nimmt die Verschiebekraft in Verschiebe
richtung des Prüfkörpers 4 ab und erreicht dann in dem zweiten
Abschnitt 12c etwa konstante Werte, die kleiner sind als diejenigen
des ersten Abschnitts 12a. An der Querschnittserweiterung 12b nimmt
die Verschiebekraft in Verschieberichtung des Prüfkörpers 4 zu.
In dem dritten Abschnitt 12b ist die Verschiebekraft in Verschiebe
richtung zunächst etwa konstant und fällt dann zum Ende der Lochung
2 hin ab.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 weist die Lochung 2,
ausgehend von ihrem einen zu ihrem anderen Ende, entlang des
Verschiebewegs einen Abschnitt 12a mit etwa konstanten Abmessungen
und eine sich daran anschließende, etwa trichterförmig ausgebildete
Querschnittserweiterung 12d auf. Die Querschnittsabmessungen des
Abschnitts 12a der Lochung 2 sind etwas kleiner als die des
Prüfkörpers 4. Die Querschnittsabmessungen der Querschnittser
weiterung 12b sind in einem von dem ersten Abschnitt beabstandeten
Bereich, der sich bis zum Ende der Lochung 2 erstreckt, etwas größer
als die Querschnittsabmessungen des Prüfkörpers 4. In dem Kraft-Weg-
Diagramm in Fig. 5 ist deutlich erkennbar, daß die Verschiebekraft,
ausgehend von dem ersten Abschnitt 12a zu der Querschnittserweiterung
12b in dem zu dem ersten Abschnitt 12a benachbarten Teilbereich
des trichterförmigen Bereichs stark abnimmt und in den Bereich der
Querschnittserweiterung 12b, indem deren Querschnittsabmessungen
größer sind als die des Prüfkörpers 4, etwa Null beträgt.
Erwähnt werden soll noch, daß die Verschiebekraft auch beim
Herausschieben oder Herausziehen des Prüfkörpers 4 aus der Lochung
2 gemessen werden kann. Gegebenenfalls ist es sogar möglich, die
Verschiebekraft sowohl beim Hinein- als auch beim Herausschieben
des Prüfkörpers 4 zu messen und die entsprechenden Verschiebekraft
verläufe dann jeweils auszuwerten und/oder miteinander zu
vergleichen. Die Querschnittsabmessungen der Lochung 2 können dann
noch genauer geprüft werden.
Anstelle eines elastisch nachgiebigen Prüfkörpers 4 kann auch ein
Kalibrierkörper 13 in die Lochung 2 eingeschoben werden, der eine
größere Härte aufweist, als die Wandung der Lochung 2. Dabei sind
die Querschnittsabmessungen zumindest eines in Gebrauchsstellung
in der Lochung 2 angeordneten Teilbereich des Kalibrierkörpers 13
etwas größer gewählt, als die Querschnittsabmessungen wenigstens
einer im Verlauf des Relativverschiebeweges von Kalibrierkörper
13 und Lochung 2 angeordneten, zu kalibrierenden Stelle der Lochung
2. Dadurch wird die Lochung beim Einschieben des Kalibrierkörpers
13 zumindest bereichsweise auf die Querschnittsabmessungen des
Kalibrierkörpers 13 aufgeweitet, wobei Wandungsmaterial des
Werkstücks 3 aus der Lochung 2 verdrängt wird. Die Ausführungsbei
spiele nach Fig. 1 bis 6 gelten für eine Vorrichtung, die anstelle
des Prüfkörpers 4 einen Kalibrierkörper 13 aufweist, entsprechend.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 erfolgt die Kalibrierung
der Lochung 2 in mehreren Kalibrierschritten. Dabei werden
nacheinander Kalibrierkörper 13 mit unterschiedlichen Querschnitts
abmessungen in die Lochung eingeschoben, wobei die Querschnitts
abmessungen des Kalibrierkörpers 13 bei den auf den ersten
Kalibrierungsschritt folgenden Kalibrierungsschritten jeweils etwas
größer gewählt werden, als diejenigen des Kalibrierkörpers 13 des
vorherigen Kalibrierschritts. In dem Längsschnitt im oberen Teil
von Fig. 7 sind die durch die Außenbegrenzungsränder der einzelnen
Kalibrierkörper 13 definierten Kalibrierebenen 13a, 13b, 13c jeweils
durch durchgezogene Linien markiert. Indem in Fig. 7 unten
abgebildeten Kraft-Weg-Diagramm sind die bei den einzelnen
Kalibrierschritten jeweils gemessenen Verschiebekraftverläufe 10a,
10b, 10c wiedergegeben. Während des Kalibrierens wird der
Kalibrierkörper 13 jeweils mit etwa konstanter Geschwindigkeit
entlang des Relativverschiebeweges bewegt. Deutlich ist erkennbar,
daß in den ersten beiden Kalibrierschritten nur in den Bereichen
der Lochung 2 eine nennenswerte Verschiebekraft gemessen wird, in
denen die Querschnittsabmessungen der Lochung 2 kleiner sind als
diejenigen des jeweils verwendeten Kalibrierkörpers 13. In diesen
Bereichen wird die Lochung 2 aufgeweitet. In den übrigen Bereichen
beträgt die Verschiebekraft etwa Null.
In Fig. 7 ist außerdem erkennbar, daß die Verschiebekraft bei jedem
Kalibrierschritt zunimmt. Die Querschnittsabmessungen des für den
letzten Kalibrierschritt verwendeten Kalibrierkörpers 13 sind so
auf die Abmessungen der Lochung 2 abgestimmt, daß bei diesem
Kalibrierschritt entlang des gesamten zu kalibrierenden Bereichs
der Lochung 2 eine von Null abweichende Kalibrierkraft gemessen
wird.
Aus dem bei den einzelnen Kalibrierungsschritten jeweils gemes
senen Verschiebekraftverläufen wird auf die Querschnittsabmes
sungen, welche die Lochung 2 vor dem betreffenden Kalibrier
schritt im Verlauf des Relativ-Verschiebeweges aufwies, rückge
schlossen. Dabei besteht die Möglichkeit, insbesondere anhand
des Niveaus des Schubkraftverlaufs eine Aussage bezüglich der
Reproduzierbarkeit der Produktionsbedingungen des Werkstücks 3
zu schaffen. Wird zum Beispiel eine größere Anzahl von Lochun
gen 2 mit derselben Materialbearbeitungseinrichtung 14 in das
Werkstück 3 eingebracht, kann aus dem Verschiebekraftverlauf
eine Aussage bezüglich eines an der Materialbearbeitungsein
richtung 14 auftretenden Verschleißes abgeleitet werden. So
kann beispielsweise bei einem Nd:YAG-Laser auf den Verschleiß
der Blitzlampen des Lasers geschlossen werden. In entsprechen
der Weise kann bei einer Materialbearbeitungseinrichtung 14,
die zum Einbringen der Lochung 2 in das Werkstück 3 ein mecha
nisches Bohrwerkzeug aufweist, aus dem Verschiebekraftverlauf
auf den Verschleiß des Bohrwerkzeuges geschlossen werden.
Der Prüf- oder Kalibrierkörper 4, 13 weist an seinem dem Werk
stück 4 zugewandten stirnseitigen Ende eine Einführschräge 16
auf, an der sich der Querschnitt des Prüf- oder Kalibrierkör
pers 4, 13 in Richtung auf die Lochung 2 zu verjüngt. In Fig. 2
ist erkennbar, daß der Prüf- oder Kalibrierkörper 4, 13 im
Bereich der Querschnittserweiterung 10 etwa kegelförmig oder
kegelstumpfförmig ausgebildet ist. Benachbart zu der Einzel
schräge 16 weist der Prüf- oder Kalibrierkörper 4, 13 einen
Freischneidebereich 17 auf, indem der Querschnitt des Prüf-
oder Kalibrierkörpers 4, 13 ausgehend von der Einführschräge 16
zu einem diesem gegenüberliegenden Befestigungsabschnitt 18
verjüngt. In Fig. 2 ist ferner erkennbar, daß der Befestigungs
abschnitt 18 des Prüf- oder Kalibrierkörpers 4, 13 größere
Querschnittsabmessungen aufweist als der Freischneidebereich 17
und daß zwischen diesen Bereichen eine Erweiterungsstelle 19
vorgesehen ist.
Der Prüf- oder Kalibrierkörper 4, 13 ist mit seinem die Einführschräge
16 aufweisenden freien Endbereich quer zu dem Relativver
schiebeweg gegenüber der Lochung 2 auslenkbar. Die Lage des freien
Endbereichs wird mittels einer Lagemeßeinrichtung in einer quer
zu dem Relativverschiebeweg verlaufenden Richtung optisch erfasst.
Wie in Fig. 1 erkennbar ist, weist die Lagemeßeinrichtung dazu zwei
Kameras 20 auf, die mit ihrer optischen Achse bezüglich der
Längsmittelachse des Prüf- oder Kalibrierkörpers 4, 13 um einen
Winkel von vorzugsweise etwa 90° versetzt sind. Die Kameras 20 sind
mit einer Auswerteeinrichtung 21 verbunden, die beispielsweise als
Mikrocomputer ausgebildet sein kann. In der Auswerteeinrichtung
21 wird aus dem von den Kameras 20 aufgezeichneten Bildern mit
Methoden der Bildverarbeitung die Lage des freien Endbereichs des
Prüf- oder Kalibrierkörpers 4, 13 ermittelt.
Zum Zentrieren des Prüf- oder Kalibrierkörpers 13 an der Lochung
2, wird das Werkstück 3 mittels einer mit einer zentralen
Maschinensteuerung 22 verbundenen Positioniereinrichtung 23 mit
der Lochung an der Einführschräge 16 vorpositioniert. Danach wird
der Prüf- und Kalibrierkörper 4, 13 mittels des Verschiebeantriebs
7 in Verschieberichtung der Schiebeführung 6 auf das Werkstück 3
zubewegt. Die Maschinensteuerung 22 gibt dazu über Steuerleitungen
ein Startsignal an die Kameras 20 aus, welches über die Auswerteein
richtung 21 an die Steuer- und Regeleinrichtung 9 des Verschiebean
triebs 7 weitergeleitet wird und den Zentriervorgang in Gang setzt.
Während des Einschiebens des Prüf- oder Kalibrierkörpers 4, 13 in
die Lochung 2 wird die seitliche Auslenkung des Endbereichs des
Prüf- oder Kalibrierkörpers 4, 13 gemessen und beim Auftreten einer
durch eine Berührung der Einführschräge 16 mit den Umgrenzungsrand
der Lochung 2 verursachten seitlichen Auslenkung wird das Werkstück
3 im Gegensinne der Auslenkung mittels der Positioniereinrichtung
23 in seiner Lage relativ zu dem Prüf- oder Kalibrierkörper 4, 13
positioniert und zentriert. Anschließend wird der Prüf- oder
Kalibrierkörper 4, 13 aus der Lochung 2 entfernt. Zum Vermessen
und gegebenenfalls Kalibrieren der Lochung 2 wird der Prüf- oder
Kalibrierkörper 4, 13 dann erneut in die Lochung 2 eingeschoben.
Erwähnt werden soll noch, daß an der Werkstückhalterung 5 ein
Lagesensor 24 positionierbar ist, mit dem wenigstens eine an dem
Werkstück 3 vorgesehene Referenzstelle in Zentrierlage von Lochung
2 und Prüf- und Kalibrierkörper 4, 13 detektierbar ist. Dadurch
ist es auf einfache Weise möglich, nacheinander mehrere, beispiels
weise in Serienfertigung hergestellte Werkstücke 3, bei denen die
Referenzstelle jeweils im gleichen Abstand zur Längsmittelachse
der Lochung 2 angeordnet ist, in Zentrierstellung zu bringen. Dabei
braucht nur bei einem der Werkstücke 3 die Zentrierlage mittels
der Kameras 20 vermessen zu werden, während die übrigen Werkstücke
3 mittels des Lagesensors 24 positioniert werden können.
Zusammenfassend wird also bei dem Verfahren zum Vermessen wenigstens
einer Lochung 2 eines Werkstücks 3 hinsichtlich ihrer Querschnitts
abmessungen ein Prüf- oder Kalibrierkörper 4, 13 in die Lochung
2 durch eine Relativbewegung zentriert zu der Lochung 2 eingeschoben
und/oder aus dieser herausgeschoben. Die Querschnittsabmessungen
des Prüf- oder Kalibrierkörpers 4, 13 sind etwas größer sind als
diejenigen der Lochung 2, so daß der in der in der Lochung 2
befindliche Prüf- oder Kalibrierkörper 4, 13 elastisch an die Wandung
der Lochung 2 angedrückt wird. Die beim Ein- und/oder Herausschieben
des Prüf- oder Kalibrierkörpers 4, 13 aufgebrachte Verschiebekraft
wird zumindest über einen Teilbereich des Relativverschiebeweges
zwischen Prüf- oder Kalibrierkörper 4, 13 und Werkstück gemessen.
Der Verschiebekraftverlauf ist ein Maß für die Querschnitts
abmessungen der Lochung 2 im Verlauf des Relativverschiebeweges.