DE10064847C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Vermessen und gegebenenfalls Kalibrieren einer Lochung eines Werkstücks - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zum Vermessen wenigstens einer Lochung (2) eines Werkstücks (3) hinsichtlich ihrer Querschnittsabmessungen wird 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 als diejenigen der Lochung (2), so daß 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- und Kalibrierkörper (4, 13) und Werkstück gemessen. Der Verschiebekraftverlauf ist ein Maß für die Querschnittsabmessungen der Lochung (2) im Verlauf des Relativverschiebeweges.

Description

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.

Claims (21)

1. Verfahren zum Vermessen wenigstens einer Lochung (2) eines Werkstücks (3) hinsichtlich ihrer Querschnittsabmessungen, insbesondere zum Vermessen einer Mikrolochung, wobei ein elastisch nachgiebiger Prüfkörper (4) durch eine Relativ­ bewegung zentriert in die Lochung (2) eingeschoben und/oder aus dieser herausgeschoben wird, und wobei die Querschnittsabmessungen des Prüfkörpers (4) etwas größer sind als diejenigen der Lochung (2), so dass der in der Lochung (2) befindliche Prüfkörper (4) elastisch an die Wandung der Lochung (2) angedrückt wird, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die beim Ein- und/oder Herausschieben des Prüfkörpers (4) aufgebrachte Verschiebekraft zumindest ü­ ber einen Teilbereich des Relativverschiebeweges zwischen dem Prüfkörper (4) und dem Werkstück (3) gemessen wird, und dass der Verschiebekraftverlauf (10, 10a, 10b, 10c) ein Maß für die Querschnittsabmessungen der Lochung (2) im Verlauf des Relativverschiebeweges bildet.

2. Verfahren zum Kalibrieren der Querschnittsabmessungen wenigstens einer Lochung (2) eines Werkstücks (3), insbesondere einer Mikrolochung, wobei ein Kalibrierkörper (13) durch eine Relativbewegung zentriert in die Lochung (2) eingeschoben und/oder aus dieser herausgeschoben wird, wo­ bei die Querschnittsabmessungen des Kalibrierkörpers (13) etwas größer sind als diejenigen der Lochung (2) und wobei der Kalibrierkörper (13) härter ist als die Wandung der Lochung (2), so dass die Lochung (2) beim Ein- und/oder Herausschieben des Kalibrierkörpers (13) aufgeweitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die beim Ein- und/oder Her­ ausschieben des Kalibrierkörpers (13) aufgebrachte Ver­ schiebekraft zumindest über einen Teilbereich des Relativ­ verschiebeweges zwischen dem Kalibrierkörper (13) und dem Werkstück (3) gemessen wird, und dass der Verschiebekraft­ verlauf (10, 10a, 10b, 10c) ein Maß für die Querschnitts­ abmessungen bildet, welche die Lochung (2) vor ihrem Ka­ librieren im Verlauf des Relativverschiebeweges aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeich­ net, dass die Veränderung der Verschiebekraft entlang des Relativverschiebeweges ermittelt wird und dass bei einer Verschiebekraftzunahme eine Querschnittsabnahme und bei einer Verschiebekraftabnahme eine Querschnittserweitung der Lochung (2) detektiert wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschiebekraftverlauf (10, 10a, 10b, 10c) mit einem Sollwert oder einem Soll­ wertbereich verglichen wird und dass bei einer Abweichung des Verschiebekraftverlaufs (10, 10a, 10b, 10c) von dem Sollwert oder dem Sollwertbereich das Werkstück (3) ausge­ sondert wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lochung (2) mittels einer Materialbearbeitungseinrichtung (14) in das Werkstück (3) eingebracht wird, dass der gemessene Verschiebekraftver­ lauf (10, 10a, 10b, 10c) mit einem Sollwert oder einem Sollwertbereich verglichen wird und dass bei einer Abwei­ chung des Verschiebekraftverlaufs (10, 10a, 10b, 10c) von dem Sollwert oder dem Sollwertbereich ein Verschleiß an der Materialbearbeitungseinrichtung (14) detektiert und gegebenenfalls ein Verschleißteil der Materialbearbei­ tungseinrichtung (14) erneuert wird, insbesondere ein Be­ arbeitungswerkzeug.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dass der Prüf- oder Kalibrierkörper (4, 13) an seinem in die Lochung (2) einführbaren freien Endbereich (8) und/oder das Werkstück (3) an einem diesem Endbereich (8) zugewanden Randbereich der Lochung (2) wenigstens eine Einführschräge (16) aufweist, dass der Endbereich (8) des Prüf- oder Kalibrierkörpers (4, 13) quer zum dem Relativ­ verschiebeweg von Prüf- oder Kalibrierkörper (4, 13) und Werkstück (3) gegenüber dem Werkstück (3) auslenkbar ist, dass die Auslenkung des Endbereichs (8) beim Einschieben in die Lochung (2) und/oder Herausschieben aus der Lochung (2) gemessen wird, dass beim Auftreten einer Auslenkung das Werkstück (3) zum Zentrieren des Prüf- oder Kalibrier­ körpers (4, 13) in Bezug zu der Lochung (2) relativ zu dem Prüf- oder Kalibrierkörper (4, 13) verschoben wird und dass der Prüf- oder Kalibrierkörper (4, 13) gegebenenfalls aus der Lochung (2) entfernt und danach erneut in die Lo­ chung (2) eingeschoben wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die seitliche Auslenkung des freien Endbereichs (8) des Prüf- oder Kalibrierkörpers (4, 13) berührungslos gemessen wird, insbesondere optisch.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüf- oder Kalibrierkör­ per (4, 13) mit konstanter Geschwindigkeit entlang des Relativverschiebeweges relativ zu dem Werkstück (3) bewegt wird, und dass die Verschiebekraft indirekt gemessen wird, indem Meßwerte für die zum Ein- und/oder Herausschieben des Prüf- oder Kalibrierkörpers (4, 13) aufgebrachte Leis­ tung erfasst und aus diesen Meßwerten die Verschiebekraft bestimmt wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebekraft mittels eines elektrischen Antriebs aufgebracht wird, und dass die Verschiebekraft indirekt gemessen wird, indem Meßwerte für die elektrische Stromaufnahme des Antriebs erfasst und aus diesen Meßwerten die Verschiebekraft bestimmt wird.

10. Vorrichtung (1) zum Vermessen wenigstens einer Lochung (2) eines Werkstücks (3) hinsichtlich ihrer Querschnitts­ abmessungen, mit einem in die Lochung (2) des Werkstücks (3) zentrisch einschiebbaren und/oder aus dieser heraus­ schiebbaren, elastisch nachgiebigen Prüfkörper (4), dessen Querschnittsabmessungen etwas größer sind als diejenigen der Lochung (2), so dass der in der Lochung (2) befindli­ che Prüfkörper (4) an die Wandung der Lochung (2) ange­ drückt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zum Halten des Werkstücks (3) eine Werkstückhalterung (5) vorgesehen ist, an der das Werkstück (3) mit der Lochung (2) zu dem Prüf­ körper (4) fluchtend positionierbar ist, dass zwischen der Werkstückhalterung (5) und dem Prüfkörper (4) eine Schie­ beführung (6) angeordnet ist, an welcher der Prüfkörper (4) verschiebbar gelagert und mittels eines Verschiebean­ triebs (7) in Schieberichtung der Schiebeführung (6) in die Lochung (2) des Werkstücks (3) einschiebbar und/oder aus dieser herausschiebbar ist, dass eine Kraftmeßein­ richtung vorgesehen ist, die zum Messen der beim Ein- und/oder Herausschieben des Prüfkörpers (4) auf diesen ausgeübten Verschiebekraft ausgebildet ist, und dass die Verschiebekraft ein Maß für die Querschnittsabmessungen der Lochung (2) im Verlauf des Relativverschiebeweges bil­ det.

11. Vorrichtung (1) zum Kalibrieren wenigstens einer Lochung (2) eines Werkstücks (3), mit einem in die Lochung (2) des Werkstücks (3) zentrisch einschiebbaren und/oder aus die­ ser herausschiebbaren Kalibrierkörper (13), der härter ist als die Wandung der Lochung (2), wobei die Querschnittsab­ messungen des Kalibrierkörpers (13) etwas größer sind als diejenigen der Lochung (2), so dass die Lochung (2) durch das Ein- und/oder Herausschieben des Kalibrierkörpers (13) aufweitbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zum Halten des Werkstücks (3) eine Werkstückhalterung (5) vorgesehen ist, an der das Werkstück (3) mit der Lochung (2) zu dem Kalibrierkörper (13) fluchtend positionierbar ist, dass zwischen der Werkstückhalterung (5) und dem Kalibrierkör­ per (13) eine Schiebeführung (6) angeordnet ist, an wel­ cher der Kalibrierkörper (13) verschiebbar gelagert und mittels eines Verschiebeantriebs (7) in Schieberichtung der Schiebeführung (6) in die Lochung (2) des Werkstücks (3) einschiebbar und/oder aus dieser herausschiebbar ist, dass eine Kraftmeßeinrichtung vorgesehen ist, die zum Mes­ sen der beim Ein- und/oder Herausschieben des Prüfkörpers (13) auf diesen ausgeübten Verschiebekraft ausgebildet ist, und dass die Verschiebekraft ein Maß für die Quer­ schnittsabmessungen der Lochung (2) bildet, die diese vor ihrem Kalibrieren im Verlauf des Relativverschiebeweges zwischen Kalibrierkörper (13) und Werkstück (3) aufwies.

12. Vorrichtung (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn­ zeichnet, dass ein Weggeber (15) zum Messen des Relativ­ verschiebeweges des Prüf- oder Kalibrierkörpers (4, 13) in Bezug zu dem Werkstück (3) vorgesehen ist.

13. Vorrichtung (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Weggeber (15) als optischer Weggeber (15) ausge­ bildet ist, insbesondere als Encoder.

14. Vorrichtung (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Meßsignalausgang der Kraftmeßeinrichtung zum Vergleichen des Kraftmeß­ signals mit einem Sollwertsignal mit einem Vergleichsein­ gang einer Vergleichseinrichtung verbunden ist, und dass der Ausgang dieser Vergleichseinrichtung mit einer Fehler­ anzeigeeinrichtung und/oder einer Einrichtung zum Ausson­ dern des Werkstücks (3) verbunden ist.

15. Vorrichtung (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichseinrichtung mit einem Steuereingang ei­ ner Einrichtung zum Wechseln eines Verschleißteiles, ins­ besondere eines Bearbeitungswerkzeuges, einer für das Ein­ bringen der Lochung (2) in das Werkstück (3) vorgesehenen Materialbearbeitungseinrichtung (14) verbunden ist.

16. Vorrichtung (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüf- oder Kalib­ rierkörper (4, 13) mittels einer schwimmenden Lagerung quer zur Schieberichtung der Schiebeführung (6) verschieb­ bar gelagert ist, und dass als Einführhilfe für den Prüf- oder Kalibrierkörper (4, 13) wenigstens eine Einführschrä­ ge (16) vorgesehen ist, die vorzugsweise an dem dem Werk­ stück (3) zugewandten freien Endbereich (8) des Prüf- oder Kalibrierkörpers (4, 13) angeordnet ist.

17. Vorrichtung (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückhalte­ rung (5) zum Positionieren des Prüf- oder Kalibrierkörpers (4, 13) an der Lochung (2) des Werkstücks (3) mittels ei­ ner motorisch angetriebenen Positioniereinrichtung (23) quer zur Schieberichtung der Schiebeführung (6) relativ zu der Schiebeführung (6) positionierbar ist.

18. Vorrichtung (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüf- oder Kalibrierkörper (4, 13) an seinem in die Lochung (2) einführbaren freien Endbereich (8) und/oder das Werkstück (3) an einem diesem Endbereich (8) zugewanden Randbereich der Lochung (2) wenigstens eine Einführschräge (16) aufweist, dass der Endbereich des Prüf- oder Kalibrierkörpers (4, 13) quer zum dem Relativ­ verschiebeweg von Prüf- oder Kalibrierkörpers (4, 13) und Werkstück (3) gegenüber dem Werkstück (3) auslenkbar ist, und dass eine Wegmeßeinrichtung zur Messung der Queraus­ lenkung des Endbereichs (8) beim Einschieben in die Lo­ chung (2) vorgesehen ist, welche Wegmeßeinrichtung über einen Lageregler zum Zentrieren des Endbereichs (8) des Prüf- oder Kalibrierkörpers (4, 13) in Bezug zu der Lo­ chung (2) mit der Positioniereinrichtung (23) der Werk­ stückhalterung (5) verbunden ist.

19. Vorrichtung (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschiebeantrieb (7) ein motorischer Antrieb ist, der zum Ein- und/oder Herausschieben des Prüf- oder Kalibrierkörpers (4, 13) mit konstanter Geschwindigkeit mit einem Geschwindigkeitsreg­ ler verbunden ist, und dass die Kraftmeßeinrichtung zum indirekten Erfassen der Verschiebekraft eine Leistungsme­ ßeinrichtung aufweist.

20. Vorrichtung (1) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der motorische Antrieb ein elektrischer Antrieb ist, und dass die Kraftmeßeinrichtung zum indirekten Messen der Verschiebekraft eine Einrichtung zum Erfassen der elektri­ schen Stromaufnahme des Antriebs aufweist.

21. Vorrichtung (1) nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der motorische Antrieb eine Tauchspule auf­ weist.