DE19522276C1 - Verfahren und Einrichtung zum Messen kegliger Außengewinde - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Messen kegliger Außengewinde gemäß dem Oberbegriff des ersten Anspruchs, insbesondere zur Anwendung auf Einkoordinatenmeßgeräten (EKMG).

Die Erfindung ist geeignet zum Vermessen kegliger Außengewinde. Es sind Zweikugelmeßverfahren und Anordnungen zu ihrer Durchführung bekannt, welche im Zusammenhang mit EKMG angewendet werden. Dabei werden zwei Meßbügel mit Meßkugeln benutzt, welche an Pinolen des EKMG angeordnet sind und in gegenüberliegenden Gewindegängen zur Anlage gebracht werden.

Der Flankendurchmesser eines kegligen Gewindes ist in einer Prüfebene (senkrecht zur Kegelachse) definiert, die von einer Stirnfläche des Gewindes einen bestimmten Abstand hat (DIN 158; DIN 2999).

Bezüglich der Ausführung der Lehren muß jedoch der Anwender entscheiden, welche Größen oder Bestimmungsstücke an den Prüflingen geprüft werden sollen. Müssen alle Bestimmungsgrößen eines Gewindes in ihrem Zusammenwir­ ken geprüft werden, sind als Lehren keglige Gewindelehrringe oder -dorne zu verwenden. Diese müssen aber mit der notwendigen Genauigkeit vermessen sein, bzw. es muß nach einem gewissen Gebrauch solcher Lehren deren Maß­ haltigkeit überprüft werden, was bisher sehr umständlich und aufwendig oder recht ungenau war. So wurde z. B. ein Lehrdorn mit kegligem Gewinde in einen Lehrring mit zylindrischem Gewinde eingeschraubt, und aus der Einschraubtiefe wurde auf die Größe des Flankendurchmessers geschlossen. Die Kenntnis des Flankendurchmessers und/oder der Abweichungen vom Kegelwinkel ist jedoch wesentlich zur Beurteilung einer Gewindelehre.

Es sind ein Verfahren und eine Anordnung zum Messen kegliger Gewinde auf EKMG vorgeschlagen worden (P 44 10 195.3). Dabei wird nach einer Kalibrie­ rung eines Meßtasters mittels eines Kalibrierringes der Prüfling auf einem Tisch aufgespannt, welcher so eingestellt ist, daß eine erste Flankendurchmesserlinie des kegligen Gewindes senkrecht zur Oberfläche des Gerätetisches ausgerichtet ist. Danach erfolgt die Antastung des Gewindes in mehreren Z-Koordinaten. In einem weiteren Verfahrenschritt erfolgt die Einstellung des Tisches derart, daß eine zweite Flankendurchmesserlinie, die der ersten diametral gegenüberliegt, senkrecht zur Oberfläche des Gerätetisches verläuft. In ihr wird der Prüfling ebenfalls angetastet. Alle durch die Antastungen erhaltenen Meßdaten werden einer Auswerteeinrichtung zugeführt und dort gespeichert. Aus ihnen werden dann die zu ermittelnden Kenn- oder Bestimmungsgrößen berechnet. Insbeson­ dere bei der Messung von Kegelgewindelehrdornen ist der Bereich für den Flankendurchmesser sehr eingeschränkt, da der Objekttisch mit dem Meßobjekt um den Fühlhebeltaster herumgefahren werden muß. Bei EKMG ist dieser Bewegungsbereich im allgemeinen sehr eingeengt, so daß Kegelgewindelehr­ dorne nur ohne Griff vermessen werden können. Bei kleinen Lehrdornen, deren Lehrenkörper im Griff mit einem Kegel befestigt ist, besteht die Gefahr der Beschädigung bei der Trennung von Lehrenkörper und Griff.

Zur Messung kegliger Außengewinde wird häufig die Dreidrahtmethode ange­ wandt (w. Langsdorff "Messen von Gewinden", Springer Verlag Berlin, Heidel­ berg, New York 1974, S. 69 bis 74, und H. Zill "Messen und Lehren im Maschi­ nen- und Feingerätebau" B. G. Teubner Verlagsgesellschaft Leipzig 1956, S. 183 und 184).

Nachteilig bei der bei Langsdorff beschriebenen Meßdrahtmethode zum Messen von kegligen Außengewinden an Meßobjekten ist, daß zusätzlich zum Gewindemeßdrahtsatz auch durchmessergleiche Gewindemeßkugeln und zugehörige Zentrierhülsen, die auf die Gegenpinole aufgesteckt werden, notwendig sind. Da eine Meßkugel am Fühlhebeltaster, welcher an der Meßpinole angeordnet ist, verwendet wird, muß in Z-Richtung ein Umkehrpunkt am Meßobjekt gesucht werden, wodurch eine Drehung des Meßobjektes entstehen kann, was zu einer Einstellung einer falschen Meßebene führen kann. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß das Lagerspiel direkt als Meßfehler in das Meßergebnis eingeht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Messen kegliger Außengewinde zu schaffen, mit welchem in einfacher Weise, mit hoher Genauigkeit und definitionsgemäß Bestimmungsgrößen solcher Gewinde auf EKMG effektiv ermittelt werden können.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren zum Messen kegli­ ger Außengewinde mit den im kennzeichnenden Teil des ersten Anspruches angegebenen Mitteln gelöst. Weitere Einzelheiten der Erfindung, insbesondere eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind in den weiteren Unter­ ansprüchen aufgeführt.

Diese Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ermöglicht eine definitionsgemäße Messung von Bestimmungsgrößen kegliger Außengewinde wie Flankendurchmesser und Kegelwinkel von Meßobjekten auf EKMG, welche einen in drei Koordinaten X; Y; Z bewegbaren und mindestens die Y- oder die Z- Verstellung messenden Schlitten besitzen, der auch um die Z-Koordinate drehbar ist. Der Schlitten ist vorteilhaft zur Aufnahme der Meßobjekte mit Spitzen ausgerüstet. Das EKMG besitzt eine Meß- und eine Gegenpinole, welche mit Meßaufsätzen versehen sind und deren fluchtende Achsen die Meßachse bestimmen. Die Meßpinole steht mit einem Meßsystem zur Messung ihrer Verschiebung längs der Meßachse in Wirkverbindung. Zur Ausrichtung des Meßobjektes und zur Einstellung der Meßobjektachse senkrecht zur Meßpinolenachse ist ein Fühlhebeltaster auswechselbar an der Meßpinole angeordnet, dessen Tastkugel in Richtung der Meßobjektachse auslenkbar ist. Durch Einlegen von Gewindemeßdrähten werden nacheinander Meßwerte gewonnen, aus denen durch eine entsprechende mathematische Verknüpfung der Flankendurchmesser des kegligen Gewindes ermittelt wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden die Nachteile des Standes der Technik weitestgehend beseitigt. Insbesondere werden die Fehler bei der Einstellung in die Meßebene vermieden, da eine Umkehrpunktsuche in Richtung der Z-Koordinate und damit eine ungewollte Verdrehung entfällt. Im Gegenteil, es kann bei der Durchführung der Messungen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren infolge der parallel ausgerichteten Meßaufsätze an Meß- und Gegenpinole sogar die Meßobjektachse in der Z-Koordinate erheblich gegenüber der Meßachse versetzt sein. Weiterhin können vorhandene Softwareprogramme für die Dreidrahtmeßmethode für die neue Lösung direkt genutzt werden, wobei die ermittelten Meßwerte M₂ und M₃ so betrachtet werden können wie die Doppelmessung mit Mittelwertbildung an der Meßstelle eines zylindrischen Gewindes. Durch die Verwendung ebener Meßaufsätze in Meß- und Gegenpinole bei der Antastung der in die Gewindegänge eingelegten Gewindemeßdrähte sind kleine Lageänderungen des Meßobjektes in Richtung der Y-Koordinate, also in Richtung der Achse des Meßobjektes, ohne Einfluß auf das Meßergebnis.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der Zeichnung ist vereinfacht eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens dargestellt.

Das in der Zeichnung dargestellte EKMG weist einen Schlitten 1 auf, auf dem ein Spitzen 2 und 3 besitzender Spitzenbock 4 angeordnet ist. Dieser Schlitten 1 ist in den drei Koordinaten X; Y; Z verschiebbar auf in der Zeichnung nicht dargestellten Führungen gelagert. Ein ein kegliges Außengewinde 5 aufweisendes Meßobjekt 6, beispielsweise ein Kegelgewindelehrdorn, ist, um seine in der Y-Koordinate verlaufenden Achse 7 drehbar, zwischen den Spitzen 2 und 3 gelagert. Das EKMG umfaßt ferner eine Meßpinole 8 und eine Gegenpinole 9, deren fluchtende Achsen in der X-Koordinate liegen und die eigentliche Meßachse kennzeichnen. Die Meßpinole 8 steht in an sich bekannter Weise mit einem ihre Verschiebung messenden Meßsystem (nicht dargestellt) in Wirkverbindung, welches die Meßwerte bei der Antastung des Meßobjektes 6 liefert. An der Meß- 8 und der Gegenpinole 9 sind je ein Meßaufsatz 10; 11 angeordnet, wobei zur Einstellung der Meßebene am Meßobjekt 6 am Meßaufsatz 10 oder an dessen Stelle an der Meßpinole 8 ein Fühlhebeltaster 12 angeordnet ist, welcher einen mit einer Tasterkugel 13 versehenen auslenkbaren Fühlhebel 14 besitzt. Es sind ferner Arretiermittel 15; 16 zur Arretierung des Schlittens 1 und der Pinolen und Verstellmittel 17; 18 zur koordinatenmäßigen Verstellung des Schlittens 1 vergesehen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Messen kegliger Außengewinde 5 an Meßobjekten 6 wird anhand der Ermittlung des Flankendurchmessers des zu untersuchenden Außengewindes 5 erläutert. Der Flankendurchmesser wird dabei definitionsgemäß in der Meßebene des Kegelgewindelehrdornes, wie sie in der Norm vorgeschrieben ist, ermittelt. Dazu ist es notwendig, vor der eigentlichen Messung mit den Gewindedrähten diese Meßebene mit Hilfe des Fühlhebeltasters 12 einzustellen.

Zur Ausführung des Verfahrens wird in einem ersten Schritt der Schlitten 1 in X- Richtung fixiert. Der auf dem Schlitten 1 angeordnete Spitzenbock 4 wird durch Antastung seiner Spitzen 2 und 3 oder durch Antastung einer Planfläche (Bezugsfläche) 19 des Meßobjektes 6 mit der Tastkugel 13 des Fühlhebeltasters 12 und durch Drehung des den Spitzenbock 4 tragenden Schlittens 1 um einen Winkel Φ_z um die Z-Koordinate und Verschiebung des Schlittens 1 in Z-Richtung so justiert, daß die Achse 7 des Meßobjektes 6 orthogonal die durch die Meßpinolenachse definierte Meßachse 20 schneidet. Danach erfolgt eine Antastung der Planfläche 19 des Meßobjektes 6 durch den Fühlhebeltaster 12 am Antastort P₀, wobei in dieser Position der Fühlhebeltaster 12 genullt oder ein Antastwert A₁ aufgenommen wird.

Zur Einstellung der Tastkugel 13 des Fühlhebeltasters 12 in die von der Planfläche 19 in definiertem Abstand L liegende Meßebene am Meßobjekt 6 wird der Schlitten 1 um einen Betrag A = L + r (Radius der Tasterkugel 13) in Richtung der Y-Koordinate verschoben. Der Schlitten 1 wird in X-Richtung geklemmt und die Tasterkugel 13 des Fühlhebeltasters 12 in den nächsten Gewindegang bei P₁ eingelegt und die Meßkraft an der Meßpinole 8 zugeschaltet. Das Meßobjekt 6 wird so lange um seine Achse 7 gedreht, bis der Fühlhebeltaster 12 wieder "Null" oder den Antastwert A₁ anzeigt. Dann wird die Gewindelücke P₁ markiert und das Meßobjekt 6 nicht weitergedreht. Das Meßobjekt 6 ist jetzt so justiert, daß eine Antastung in der definierten Meßebene erfolgen kann.

Danach wird der Fühlhebeltaster 12 von der Meßpinole 8 abgenommen, so daß der Meßaufsatz 10 frei wird und zur Antastung des Meßobjektes 6 benutzt werden kann. Nach einer Registrierung der Höhenlage z des Schlittens 1 und damit der Meßebene am Meßobjekt 6 wird der Schlitten 1 in Z-Richtung verschoben, so daß der Raum zwischen den beiden Meßaufsätzen 10 und 11 frei wird und es ermöglicht wird, unter oder über dem Meßobjekt 6 Meß- 8 und Gegenpinole 9 zur Anlage zu bringen. Sollte es notwendig sein, werden die Meßflächen der beiden Meßaufsätze 10 und 11 parallel zueinander ausgerichtet. In dieser Meßstellung wird das mit der Meßpinole 8 wird nun gekoppelte Meßsystem genullt oder ein Antastwert M₁ registriert. Die Meßpinole 8 nun von der Gegenpinole 9 entfernt und der Schlitten 1 mit dem Meßobjekt 6 in die ursprüngliche Höhenlage z eingestellt und in X-Richtung entklemmt, so daß er in dieser Richtung frei beweglich ist.

Nach dem Einlegen zweier Gewindemeßdrähte 21 in die Gewindelücken P₁ und P₂ und Freigabe der Meßkraft an der Meßpinole 8 wird das Meßobjekt 6 zwischen Gegenpinole 9 und Meßpinole 8 angetastet. Es wird ein erster Meßwert M₂ registriert. Auf gleiche Weise wird ein Meßwert M₃ durch Antasten des Meßobjektes 6 bei P₁ und P₃ ermittelt. Dazu wird der Meßdraht 21 aus der Gewindelücke P₂ entfernt und in die Gewindelücke P₃ eingelegt.

Aus diesen Meßwerten M₂ und M₃ wird ein Mittelwert (M₂ + M₃ )/2 gebildet und unter Berücksichtigung des Meßdrahtdurchmessers, des Gewindeflankenwinkels und des Meßwertes M₁ in an sich bekannter Weise wie bei der Dreidrahtmethode zur Messung zylindrischer Gewindelehrdorne zum Flankendurchmesser d₂ des kegligen Außengewindes 5 des Meßobjektes 6 verrechnet.

Claims (2)

1. Verfahren zum Messen kegliger Außengewinde auf EKMG, bei welchem das das zu vermessende Außengewinde umfassende Meßobjekt auf einem in drei Koordinatenachsen einstellbaren Schlitten des EKMG aufgenommen und durch einen an der Meßpinole des EKMG angeordneten Fühlhebeltaster abgetastet wird, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

• a. Ausrichten des Meßobjektes durch Drehung und Verstellung des Schlittens und Antastung des Meßobjektes mit einem an der Meßpinole angeordneten Fühlhebeltaster derart, daß die Achse des zu messenden Außengewindes und die Meß- oder Meßpinolenachse orthogonal zueinander und in einer Meßebene liegen,
• b. Antastung des Meßobjektes mittels des Fühlhebeltasters an einer Bezugsebene (Planfläche 19) und Ermittlung eines ersten Antastwertes A₁,
• c. Verschiebung des Schlittens mit dem darauf befindlichen Meßobjekt in einer senkrecht zur Meßrichtung verlaufenden Richtung der Kegelgewindeachse um einen Abstand A = L + r und Arretierung des Schlittens in Meßrichtung (X-Koordinate), und nachfolgende Antastung des kegligen Außengewindes mit dem Fühlhebeltaster in diesem Abstand A von der Bezugsebene (Planfläche 19) in einer Gewindelücke P₁ bei gleichzeitiger Drehung des kegligen Außengewindes um seine Achse (Y-Koordinate) mit dem Fühlhebeltaster in einer Gewindelücke P₁ bis der Antastwert A₁ wieder erscheint und Markierung dieser Gewindelücke, wobei r der Tasterkugelradius und L eine definierte Einstellänge sind,
• d. Entfernung des Fühlhebeltasters von der Meßpinole und Anordnung eines ebenen Meßaufsatzes an dieser Meßpinole und Registrierung der Höhenlage z (Z-Koordinate) der Meßebene am Meßobjekt,
• e. Entfernung des Meßobjektes aus dem Tastbereich von Meßpinole und Gegenpinole durch Verschiebung des Schlittens entlang der Z-Koordinate,
• f. Antastung des Meßaufsatzes der Gegenpinole mit dem Meßaufsatz der Meßpinole und Registrierung eines ersten Meßwertes M₁,
• g. Rückführung der Meßpinole und Einstellung des Meßobjektes in die Höhenlage z und Lösung der Arretierung des Schlittens in Meßrichtung,
• h. Einlegen je eines Meßdrahtes in die Gewindelücke P₁ und in die gegenüberliegende Gewindelücke P₂ und Antastung dieser Meßdrähte mit Meß- und Gegenpinole und Registrierung eines zweiten Meßwertes M₂,
• i. Ermittlung eines dritten Meßwertes M₃ durch Antasten eines Meßdrahtes mit der Gegenpinole in zur Gewindelücke P₂ benachbarten Gewindelücke P₃,
• j. Berechnung des Flankendurchmessers d₂ und des Kegelwinkels aus den Meßwerten M₁ bis M₃ in einer Auswerteeinrichtung in an sich bekannter Weise.

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Messen kegliger Außengewinde auf EKMG, welche mit einem in drei Koordinaten (X; Y; Z) verschiebbaren und mindestens in Y- und Z-Richtung die Verschiebung messenden und um mindestens die Z-Koordinate drehbaren, das Meßobjekt tragenden Schlitten und mit Meß- und Gegenpinole ausgerüstet sind, wobei diese Pinolen mit je einem Meßaufsatz versehen sind und die Meßpinole mit einem Meßsystem zur Ermittlung ihrer Verschiebung in Wirkverbindung steht dadurch gekennzeichnet, daß an der Meßpinole zur Ausrichtung des Meßobjektes und zur Einstellung der Meßpinolenachse in die Meßachse ein Fühlhebeltaster auswechselbar angeordnet ist, dessen Tasterkugel in Richtung der Meßobjektachse auslenkbar ist.