DE19501080C2

DE19501080C2 - Verfahren zum Ermitteln der Lage eines auf einem drehbaren Werkstückträger fixierbaren Werkstücks

Info

Publication number: DE19501080C2
Application number: DE1995101080
Authority: DE
Inventors: Andreas Haase; Eberhard Zentgraf
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1995-01-16
Filing date: 1995-01-16
Publication date: 2001-12-06
Anticipated expiration: 2015-01-17
Also published as: DE19501080A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ermitteln der Drehlage eines in einem beliebigen Winkel zentrisch auf einem um dieses Zentrum drehbaren Werkstückträgers fixierba ren Werkstücks, vorzugsweise eines Zahnrades, das radial in einem vorgegebenen Teilungswinkel n symmetrische regelmäßige Konturerhebungen zwischen einem Maximalwert und einem Mini malwert aufweist. Ein solches Verfahren ist aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 40 31 559 A1 und aus "Patent Abstracts of Japan" P-144, Sept. 28, 1982, Vol. 6/No. 188 bekannt.

Bei der Herstellung von Innen- oder Außenverzahnungen bei Zahnrädern ist es heuzutage üblich, daß zur besseren Maschi nenauslastung die einzelnen Bearbeitungsschritte bei der Zahnradbearbeitung auf verschiedene Maschinen verteilt wer den. Hinzu kommt, daß die Fertigbearbeitung auf einer einzel nen Maschine sowieso nicht möglich ist, da die Zahnräder entweder zwischendurch gehärtet werden und weil die Endbear beitung eine Behandlung mit einer Wälzschleifmaschine erfor dert. Da das jeweilige Werkzeug während der Beladung mit einem Werkstück nicht unbedingt angehalten werden soll, müs sen Maßnahmen getroffen werden, die Lage eines zu bearbeiten den Werkstückes, in diesem Fall eines Zahnrades, zu erfassen und mit dem Werkzeug zu synchronisieren. Ein mittiges Justieren des Werkstücks ist durch geeignete konstruktive Maßnahmen relativ leicht möglich; schwieriger ist es jedoch, die Drehlage eines in einem beliebigen Winkel zentrisch fixierten Werkstückes zu erfassen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Drehlage eines in einem be liebigen Winkel zentrisch auf einem um dieses Zentrum drehba ren Werkstückträgers fixierbaren Werkstückes in möglichst einfacher Art und Weise zu ermitteln.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß von mindestens einem festen Meßort aus in einem jeweils vor gebbaren Sensorwinkel zu einer Bezugslage des Werkstückträ gers eine Überwachung der Entfernung zur Werkstückkontur erfolgt, daß stets dann, wenn beim Drehen des Werkstückträ gers in einem ersten Richtungssinn eine vorgegebene Entfer nung unterschritten wird, die sich auf Konturpunkte zwischen den extremen Werten bezieht, der momentane Drehwinkel des Werkstückträgers erfaßt wird, daß von diesem Winkel das größtmögliche den Drehwinkel unterschreitende Teilungs winkelvielfache abgezogen wird und das Resultat ein erstes Lagesignal darstellt, daß daraufhin der Werkstückträger in Gegenrichtung gedreht wird und stets dann, wenn beim Drehen des Werkstückträgers im zweiten Richtungssinn die jeweils vorgegebene Entfernung unterschritten wird, die sich auf Konturpunkte zwischen den Extremwerten bezieht, ebenfalls der momentane Drehwinkel des Werkstückträgers erfaßt wird, daß von diesem Winkel ebenfalls das größtmögliche den Drehwinkel unterschreitende Teilungswinkelvielfache abgezogen wird und das Resultat ein zweites Lagesignal darstellt und daß aus dem Mittel der Lagesignale ein Drehlagesignal generiert wird.

Dadurch, daß für jede Drehrichtung mehrere Lagesignale ge mittelt werden, ergibt sich eine relativ genauere Messung.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist da durch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Absolutlagen der Konturerhebungen durch das Drehlagesignal und das jeweilige Teilungswinkelvielfache ermittelt werden. Damit läßt sich in äußerst einfacher Weise jede beliebige Konturerhebung des Werkstücks, insbesondere jede Zahnlage, absolut ermitteln.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 die Verfahrensschritte beim Lageerfassen eines Zahn rades,

Fig. 2 eines Nockens und

Fig. 3 eines polygonartigen Körpers.

In der Darstellung gemäß Fig. 1 sei ein Zahnrad ZR einer Serie von Zahnrädern in einer beliebigen Winkellage auf einem Werk zeugträger WT, beispielsweise einem Werktisch, mit der Über sichtlichkeit halber nicht dargestellten Befestigungsmittel fixiert. Dabei ist die mittige Position bezüglich einer Dreh achse C zwar eingehalten, jedoch kann ein beliebiger Dreh winkel des Zahnrades ZR gegenüber der 0°-Achse des Werkzeug trägers WT vorliegen. Zum Ermitteln der Drehlage wird der Werkzeugträger WT beispielsweise durch ein Teileprogramm einer numerischen Steuerung in Drehung versetzt. Der Drehsinn ist bezüglich der Achse C bei Linksdrehung als positiv ange nommen, was durch das Zeichen "+" symbolisiert ist.

Der in Zeichnungsebene angenommene Werkzeugträger WT dreht nun das Zahnrad ZR gegenüber einem stationären Sensor SR1, der eine Erfassungsrichtung auf das Drehzentrum hin aufweist. Der Sensor SR1 ist dabei so ausgelegt, daß bei einer Ent fernung x an seinem Ausgang Steuersignale erzeugt werden, wobei die Entfernung x auf eine definierte Position auf einer Zahnflanke zwischen Zahngrund und Zahnhöhe eingestellt ist. Die Sensorausgangssignale können entweder direkt oder über ein Speicherglied mit dem schnellen Meßeingang der numeri schen Steuerung verbunden sein. Beim Messen mit einem Spei cherglied würde der Abstand von Zahnflanke zu Zahnflanke gemessen. Der schnelle Meßeingang, der zum Standard einer modernen numerischen Steuerung erhört, ermöglicht es, den Istwert der Achse des Werkzeugträgers WT beim Eintreffen der Sensorsignale hardwaremäßig abzuspeichern. Bei einem Zahnrad mit Zähnen Z1 bis Zn ist nicht sichergestellt, daß immer der gleiche Zahn gemessen wird, daher wird jeder Meßwert auf den Zahn Z1 zurückgerechnet, wobei der Zahn Z1 derjenige ist, der der 0°-Achse des Werkzeugträgers WT am nächsten liegt.

Dieses Rückrechnen ist dadurch leicht möglich, da sich die einzelnen Messungen nur um ganze Teilungen T des Zahnrades ZR unterscheiden. Als Ergebnis ergibt sich dann ein Winkelwert ϕ_Z1M+. Die Messung kann mehrmals hintereinander erfolgen, ohne daß die Drehung des Werkstücks unterbrochen werden muß. Zweckmäßigerweise wird aus der Summe der Messungen der Mittelwert errechnet. Hierzu kann die numerische Steuerung herangezogen werden.

Um nun eine genaue Aussage über die absolute Lage der Zähne Z1 bis Zn machen zu können, werden die gleichen Messungen bei entgegengesetzter Drehrichtung "-", der gleichen Drehge schwindigkeit und gleichem Werkstück in gleicher Aufspannung wiederholt. Das Ergebnis ist dann der Winkelwert ϕ_Z1M-. Geht man davon aus, daß jeder der Zähne Z1 bis Zn symmetrisch auf gebaut ist, so haben beide Meßwerte den gleichen Abstand zur eigentlichen Zahnposition. Aus den Werten ϕ_Z1M+ und ϕ_Z1M- kann die Mittellage berechnet werden. Anders ausgedrückt: Es wird ein Winkeloffset ϕ_off ermittelt, der zusammen mit einem der beiden Meßwerte einer Differenzlage ϕ_synchr des ersten Zahnes Z1 zur Null-Position des Werkzeugträgers WT ent spricht. Zusammen mit der Sensorposition und dem Winkel ϕ_synchr kann die absolute Lage jedes Zahnes Z1 bis Zn bestimmt werden. Sie ergibt sich als

ϕ_Zn = ϕ_Z1M+ + ϕ_off + ϕ_sensor + n . (360 : Z2)

n = Zahnnummer
Z2 = Zähnezahl

Der Offsetwert ϕ_off behält seine Gültigkeit bis der Werk stücktyp geändert wird, kann aber während der Bearbeitung automatisch ohne Bedienereingriff kontrolliert und neu ermittelt werden. Daraus folgt, daß zum Synchronisieren der weiteren Zahnräder nur die Größe ϕ_Z1M+ oder ϕ_Z1M- gemessen werden muß, um die entsprechende Wälzwinkelkorrektur errech nen zu können. Ist die Lage des Sensors SR1 unbekannt, so muß durch einen weiteren Meßvorgang die Größe ϕ_sensor ermittelt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann nicht nur zum vollauto matischen Ermitteln der Lage von Zahnrädern dienen, sondern es können auch die Positionen von anderen unrunden Werk stücken in lagegeregelten Werkstückaufspannungen gemessen werden. Ein erstes Beispiel ist dazu in der Darstellung gemäß Fig. 2 gezeigt, wobei hierbei eine Nockenwelle N auf einen Werkzeugträger gehalten ist und gegenüber einem Sensor SR2 gedreht wird.

Ein weiteres Beispiel ist in der Darstellung gemäß Fig. 3 ge zeigt, wobei ein gerundetes dreiseitiges Polygonstück P ge genüber einem Sensor SR3 bewegt wird.

Claims

1. Verfahren zum Ermitteln der Drehlage eines in einem belie bigen Winkel zentrisch auf einem um dieses Zentrum drehbaren Werkstückträger fixierbaren Werkstücks, vorzugsweise eines Zahnrades, das radial in einem vorgegebenen Teilungswinkel n symmetrische regelmäßige Konturerhebungen zwischen einem Maximalwert und einem Minimalwert aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß von mindestens einem festen Meßort aus in einem jeweils vorgebbaren Sensorwinkel zu einer Bezugslage des Werkstückträgers (WT) eine Überwa chung der Entfernung zur Werkstückkontur erfolgt, daß stets dann, wenn beim Drehen des Werkstückträgers (WT) in einem ersten Richtungssinn eine vorgegebene Entfernung (x) unter schritten wird, die sich auf Konturpunkte zwischen den Extremwerten bezieht, der momentane Drehwinkel des Werkstück trägers (WT) erfaßt wird, daß von diesem Winkel das größt mögliche den Drehwinkel unterschreitende Teilungswinkelviel fache abgezogen wird und das Resultat ein erstes Lagesignal darstellt, daß daraufhin der Werkstückträger (WT) in Gegen richtung gedreht wird und stets dann, wenn beim Drehen des Werkstückträgers (WT) im zweiten Richtungssinn die jeweils vorgegebene Entfernung (x) unterschritten wird, die sich auf Konturpunkte zwischen den Extremwerten bezieht, ebenfalls der momentane Drehwinkel des Werkstückträgers (WT) erfaßt wird, daß von diesem Winkel ebenfalls das größtmögliche den Dreh winkel unterschreitende Teilungswinkelvielfache abgezogen wird und das Resultat ein zweites Lagesignal darstellt und daß aus dem Mittel der Lagesignale ein Drehlagesignal generiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß für jede Drehrichtung mehrere Lage signale gemittelt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die jeweiligen Absolutlagen der Konturerhebungen durch das Drehlagesignal und das je weilige Teilungswinkelvielfache ermittelt werden.