DE19808825A1 - Verfahren zum Vermessen von Kegelgewinden auf einem Koordinatenmeßgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Vermessen von Kegelgewinden auf einem Koordinatenmeßgerät, das mit einem in den Koordinaten X,Y,Z verstellbaren Tisch zur Auf­ nahme eines mit dem Kegelgewinde versehenen Prüflings aus­ gestattet ist und das weiterhin über einen Fühlhebeltaster verfügt, der an einem Federbügel in Z-Richtung positions­ veränderlich gehalten und über diesen Federbügel mit einer in X-Richtung verstellbaren Meßpinole verbunden ist und an dem ein in der X-Koordinate auslenkbares Tastelement ange­ ordnet ist, wobei zunächst eine Kalibrierung des Fühlhebel­ tasters anhand eines Einstellnormales vorgenommen wird, da­ nach zwecks Vermessung des Kegelgewindes das Tastelement nacheinander an verschiedene Gewindeflanken zur Anlage ge­ bracht wird, die dabei ermittelten Meßwerte in einer Aus­ werteeinheit gespeichert werden und anhand der gespeicher­ ten Meßwerte eine Berechnung der Kenn- und Bestimmungsgrö­ ßen des Kegelgewindes vorgenommen wird.

Die Erfindung ist insbesondere zur Ermittlung der Flanken­ durchmesser von Kegelgewinden geeignet. Der Flankendurch­ messer wird dabei in einer Prüfebene ermittelt, die von ei­ ner Stirnfläche des Prüflings einen bestimmten Abstand hat; damit wird u. a. der DIN 158 (metrisches kegeliges Außenge­ winde) und der DIN 2999 (Withworth-Rohrgewinde) entspro­ chen.

In DIN 158 und DIN 2999 sind die Kennwerte und Bestimmungs­ größen für kegeliges Außengewinde festgelegt und zugleich Anweisungen zur einfachen und unmittelbaren Funktionsprü­ fung dieser Gewinde gegeben. Es wird der Aufbau und die Handhabung von Lehren vorgeschlagen, durch welche die Be­ stimmungsgrößen eines Kegelgewindes geprüft werden können. Vorgesehen sind dabei kegelige Gewindelehrringe oder Gewin­ delehrdorne, mit denen lediglich eine Prüfung, nicht aber eine Vermessung des Gewindes möglich ist.

So kann beispielsweise die Bestimmung des Flankendurchmes­ sers eines Kegelgewindes erfolgen, indem ein Lehrdorn mit zylindrischem Gewinde in ein kegeliges Innengewinde einge­ schraubt wird; aus der Einschraubtiefe muß dann auf die Größe des Flankendurchmessers in einer entsprechenden Meße­ bene geschlossen werden. Eine exakte Bestimmung des Flan­ kendurchmessers ist damit nicht möglich.

Weiterhin ist es bekannt, zur Messung von Kegel- Außengewinden die sogenannte Drei-Draht-Methode anzuwenden. Diese ist beispielsweise beschrieben bei Langsdorf "Messen von Gewinden", Springerverlag Berlin, Heidelberg, New York, 1974, Seiten 69 bis 74 und bei Zill "Messen und Lehren im Maschinen- und Feingerätebau", Deupner Verlagsgesellschaft Leipzig 1956, Seiten 183 und 184.

Dieses Meßverfahren ist nachteiligerweise recht zeitaufwen­ dig, da zusätzlich zum Gewindemeßdrahtsatz auch durchmes­ sergleiche Gewindemeßkugeln und zugehörige Zentrierhülsen erforderlich sind, die auf die Gegenpinole aufgesteckt wer­ den müssen.

Aus der DE PS 44 10 195.3 sind ein Verfahren und eine An­ ordnung zum Vermessen kegeliger Gewinde auf einem Koordina­ tenmeßgerät bekannt. Dabei wird nach der Kalibrierung eines Meßtasters mit Hilfe eines Kalibrierringes der Prüfling auf dem Koordinatentisch aufgespannt. Der Tisch ist neigbar und wird zunächst so eingestellt, daß eine erste Flankendurch­ messerlinie des Kegelgewindes parallel zur Z-Koordinate ausgerichtet ist. In dieser Position erfolgt eine mehrfache Antastung des Gewindes in unterschiedlichen Z-Koordinaten. Danach wird die Neigung des Tisches so geändert, daß eine zweite Flankendurchmesserlinie, die der ersten diametral gegenüberliegt, parallel zur Z-Koordinate ausgerichtet ist. Auch hier werden die Gewindegänge mehrfach in unterschied­ lichen Z-Positionen angetastet. Für jede Antastung werden Meßwerte ermittelt und in einer Auswerteeinrichtung gespei­ chert. Aus bekannten geometrischen Beziehungen werden aus den gespeicherten Meßwerten die Kenn- und Bestimmungsgrößen des Kegelgewindes ermittelt. Ein Nachteil besteht dabei darin, daß der Tisch neigbar sein muß, was dessen Lagerung um eine zusätzliche Gelenkachse erfordert und insofern die Gefahr der Ungenauigkeit aufgrund von Fertigungstoleranzen in sich birgt.

Ein Verfahren und eine Einrichtung zum Messen kegeliger Au­ ßengewinde sind aus der DE Patentschrift 195 22 276 C1 be­ kannt. Hier ist zur Ausführung des Verfahrens ein Einkoor­ dinatenmeßgerät vorgesehen, bei dem der Prüfling mit dem zu vermessenden Gewinde auf einem in drei Koordinatenachsen verstellbaren Schlitten aufgenommen und durch einen an der Meßpinole des Einkoordinatenmeßgerätes angeordneten Fühlhe­ beltaster angetastet wird. Nachteiligerweise sind das be­ schriebene Verfahren und die Einrichtung nicht zur Innenge­ windemessung geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Verfahren zum Vermessen von Kegelgewinden auf einem Koordi­ natenmeßgerät so weiterzubilden, daß Bestimmungsgrößen von Kegelaußen- und Kegelinnengewinde definitionsgemäß und ef­ fektiv ermittelt werden können.

Diese Aufgabe wird für die Vermessung von Kegelgewinden nach einem Verfahren der vorbeschriebenen Art dadurch ge­ löst, daß im Anschluß an die Kalibrierung in einem ersten Schritt zunächst der Federbügel so tariert wird, daß zwei der Z-Koordinate zugeordnete Koinzidenzmarken, von denen eine mit dem Federbügel in der Z-Koordinate beweglich und die andere gestellfest angeordnet ist, in Z-Richtung zuein­ ander versetzt sind, d. h. nach der Tarierung soll der Ab­ stand zwischen der beweglichen Koinzidenzmarke und der Tischauflagefläche kleiner sein als der Abstand zwischen der gestellfesten Koinzidenzmarke und der Tischauflageflä­ che.

In einem zweiten Schritt wird dann eine Bezugsebene defi­ niert. Dazu wird eine Verstellung des Tisches in Z-Richtung soweit vorgenommen, bis die Tischauflagefläche mit dem Ta­ stelement in Kontakt kommt und nun der Tisch unter Mitnahme des Tastelementes bzw. des Federbügels weiter in Z-Richtung zugestellt, bis die beiden Koinzidenzmarken in Koinzidenz stehen; der dabei erreichte Z-Wert der Tischposition wird als Bezugwert z_A gespeichert oder es wird die erreichte Z- Position gleich 0 gesetzt, so daß diese Tischposition leicht wieder eingestellt werden kann. Die Tischauflageflä­ che stellt somit die Bezugsebene für die Messung dar, so­ bald die Tischposition den Bezugswert z_A erreicht.

In einem nun folgenden dritten Schritt wird der Tisch so­ weit vom Tastelement zurückgefahren, daß ein ausreichender Abstand zwischen Tischauflagefläche und Tastelement zum Aufsetzen des Prüfling auf die Tischauflagefläche gegeben ist. Nach dem Aufsetzen des Prüflings wird mit dem Tastele­ ment ein Gewindegang durch Verschieben der Meßpinole in X- Richtung angetastet und durch Tischverschiebung in Y- Richtung das Tastelement auf den Umkehrpunkt am Prüflings­ umfang eingestellt. Danach wird der Tisch in Z-Richtung verstellt, bis die Koinzidenzmarken am Federbügel in Koin­ zidenz gebracht sind.

Hiernach wird in einem vierten Schritt die Meßpinole weiter in X-Richtung verschoben, bis das Tastelement seine 0- Position erreicht hat; in dieser Position wird ein erstes Wertepaar x₁,z₁ abgelesen und gespeichert; dabei bedeuten x₁ den Anzeigewert an der Meßpinole (in X-Richtung) und z₁ die Tischposition in der Z-Koordinate.

In einem fünften Schritt wird nunmehr ein weiterer Gewinde­ gang auf der gleichen Durchmesserseite des Kegelgewindes angetastet und in analoger Weise ein zweites Wertepaar x₂,z₂ abgelesen und gespeichert.

Anschließend werden von der diametral gegenüberliegenden Durchmesserseite in einem sechsten Schritt weitere Werte­ paare x₃,z₃ und x₄,z₄ gewonnen. Im abschließenden siebenten Schritt werden mit Hilfe der Auswerteeinheit unter Zugrun­ delegung der geometrischen Beziehungen der Wertepaare x₁,z₁ bis x₄,z₄ der Flankendurchmesser des Kegelgewindes und bei Bedarf auch der Kegelwinkelfehler ermittelt.

Damit ist es in einfacher Weise und mit hoher Genauigkeit möglich, Meßwerte zu ermitteln und daraus in einer Rechen­ einheit die Kenn- und Bestimmungsgrößen des Kegelgewindes zu berechnen.

Zur Gewährleistung einer hohen Genauigkeit sollten die Wer­ tepaare x₁,z₁ bis x₄,z₄ jeweils von Antastungen nahe der für das Kegelgewinde definierten Meßebene abgenommen werden.

Im Rahmen der Erfindung liegt ein Verfahren zum Vermessen von Kegelgewinden der vorgenannten Art, jedoch mit einem zusätzlich um die Koordinate z drehbaren Tisch. Dabei wird im Anschluß an die Kalibrierung in einem ersten Schritt wiederum zunächst der Federbügel so tariert, daß die beiden Koinzidenzmarken in Z-Richtung zueinander versetzt sind, so daß auch hier der Abstand zwischen der beweglichen Koinzi­ denzmarke und der Tischauflagefläche kleiner ist als der Abstand zwischen der gestellfesten Koinzidenzmarke und der Tischauflagefläche.

In einem zweiten Schritt wird die für das Kegelgewinde de­ finierte Meßebene mit einem Abstand a von der Tischauflage­ fläche eingestellt. Dazu wird der Tisch unter Mitnahme des Fühlhebeltasters soweit in Z-Richtung verschoben, bis die beiden Koinzidenzmarken des Federbügels sich gegenüberste­ hen und anschließend aus dieser Position der Tisch um den Weg Δz = a in Z-Richtung zurückgefahren; die nun erreichte Z-Position des Tisches wird abgelesen und als Bezugswert z_B gespeichert. Alternativ zur Speicherung der Z-Position kann auch ein Anschlag eingestellt werden, mit dessen Hilfe das Wiederauffinden der Tischposition beim Bezugswert z_B leicht möglich ist.

In einem dritten Schritt wird nun der Prüfling zentrisch zur Drehachse des Tisches auf der Tischauflagefläche befe­ stigt, der Bezugswert z_B wieder eingestellt bzw. der Tisch in die durch Anschlag markierte Position gefahren und durch Verschieben der Meßpinole in X-Richtung mit dem Tastelement ein erster Gewindegang angetastet.

Hiernach erfolgt in einem vierten Schritt eine iterativ Än­ derung der Relativlage von Prüfling und Tastelement durch Drehen des Tisches um die Z-Koordinate, durch Nachstellen der Meßpinole in X-Richtung und durch Verschieben des Tisch mit dem Prüfling in Y-Richtung solange, bis sich erstens die Koinzidenzmarken wieder gegenüberstehen, zweitens eine Y-Position erreicht ist, bei der das Tastelement auf den Umkehrpunkt des Prüflingsumfanges eingestellt ist und drit­ tens das Tastelement seine 0-Position erreicht hat. Nun wird der Anzeigewert der Meßpinole abgelesen und als Meß­ wert x₁ dem ersten Gewindegang zugeordnet gespeichert.

In einem fünften Schritt wird die Meßpinole in X-Richtung soweit verstellt und die Z-Position um +P/2 und -P/2 mit (P der Steigung des Kegelgewindes) geändert, bis ein zwei­ ter und dritter diametral gegenüberliegender Gewindegang angetastet sind. Wenn dabei die Koinzidenzmarken sich ge­ genüberstehen, eine Y-Position erreicht ist, in der das Ta­ stelement auf den Umkehrpunkt des Prüflingsumfanges einge­ stellt ist und das Tastelement seine 0-Position erreicht hat, werden jeweils die Anzeigewerte von der Meßpinole ab­ gelesen und als den angetasteten Gewindegängen zugeordnete Meßwerte x₂ und x₃ gespeichert.

In einem weiteren Schritt schließlich wird aus den Bezie­ hungen |x₁-x₂| = D₂₁ und |x₁-x₃| = D₂₂ der entsprechende Flanken­ durchmesser mit D = D₂₁/2 + D₂₂/2 ermittelt, wobei noch die Tasterkonstante sowie die Anlageverhältnisse des Tastele­ mentes im Gewinde auf herkömmliche Weise berücksichtigt werden müssen.

Die Mitnahme des Fühlhebeltasters mit der Tischverstellung bei der Einstellung der für das Kegelgewinde definierten Meßebene beim zweiten Verfahrensschritt kann beispielsweise unter Verwendung eines Endmaßes erfolgen. Dabei weist das Endmaß zwischen seinen beiden Meßflächen die Höhe E=a-d_K/2 aufweist, mit a dem Abstand der Meßebene von der Tischauf­ lagefläche und d_K dem Durchmesser der Kugel am Tastelement. Das Endmaß wird mit einer seiner Meßflächen auf die Tischauflagefläche aufgelegt, während die zweite Meßfläche dem Tastelement zugewandt ist; jetzt wird der Tisch bis zur Anlage der zweiten Meßfläche am Tastelement und dann weiter unter Mitnahme des Tastelementes bzw. des Fühlhebeltasters in Z-Richtung verfahren, bis die beiden Koinzidenzmarken des Federbügels sich gegenüberstehen.

Alternativ zur Verwendung eines Endmaßes kann die Einstel­ lung der für das Kegelgewinde definierten Meßebene auch er­ folgen, indem der Tisch soweit in Z-Richtung zugestellt wird, bis die Tischauflagefläche das Tastelement erreicht hat und dann der Tisch unter Mitnahme des Tastelementes weiter zugestellt wird, bis die beiden Koinzidenzmarken des Federbügels sich gegenüberstehen; dann wird der Tisch aus dieser Position um den Weg Δz₁=a-d_K/2 wieder in die entge­ gengesetzte Richtung zurückgefahren. Die Tischauflagefläche befindet sich somit in der dem Bezugswert z_B entsprechenden Position.

Die Erfindung ist sowohl zur Vermessung von Kegel innen- wie auch von Kegelaußengewinden geeignet. Soll beispielsweise Kegelinnengewinde vermessen werden, ist es vorteilhaft, als Einstellnormal zum Zweck der Kalibrierung des Fühlhebelta­ sters vor der Vermessung einen Kalibrierring zu benutzen. Dieser wird anstelle des Prüflings auf der Tischauflageflä­ che angeordnet und an mehreren, sich diametral gegenüber­ liegenden Positionen seines Umfanges mit dem Fühlhebelta­ ster angetastet, wobei durch Tischverschiebung in Y- Richtung das Tastelement auf den Umkehrpunkt am Umfang des Kalibrierringes eingestellt und aus den ermittelten Meßda­ ten eine Tasterkonstante errechnet und gespeichert wird.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Anordnung zur Durchführung der vorgenannten Verfahrensschritte, die mit einem entlang der Koordinatenachsen X,Y,Z verschiebbaren Tisch ausgestattet ist, auf dessen Auflagefläche der mit dem Kegelgewinde versehene Prüfling angeordnet ist.

Dabei ist am Koordinatenmeßgerät ein Fühlhebeltaster vorge­ sehen, der an einem Federbügel in Z-Richtung positionsver­ änderlich gehalten ist. Er steht über diesen Federbügel mit einer in X-Richtung verstellbaren Meßpinole in Verbindung und verfügt über ein in X-Richtung auslenkbares Tastele­ ment, das während der Messung nacheinander an verschiedene Gewindeflanken des Kegelgewindes zur Anlage gebracht werden kann.

Der Fühlhebeltaster ist über einen Signalweg mit einer Aus­ werteeinrichtung verbunden, über den Informationen über die Auslenkung des Tastelementes zur Auswerteeinrichtung gelan­ gen. Das Tastelement ist ausgehend von einer 0-Position nach beiden Richtungen in der X-Koordinate auslenkbar.

Weiterhin sind Mittel zur Kontrolle der Positionsverände­ rung des Fühlhebeltasters bzw. des Tastelementes bei dessen Bewegung in Z-Richtung vorgesehen, beispielsweise Koinzi­ denzmarken, von denen eine mit dem Federbügel in der Z- Koordinate beweglich und die andere gestellfest angeordnet ist. Zur Erhöhung der Reproduzierbarkeit und/oder Kontrolle der Koinzidenz können ein Feinzeiger oder ein Nullindikator vorhanden und über Signalwege mit der Auswerteeinrichtung verbunden sein.

Zur Erfassung der X-Positionswerte der Meßpinole und zur Einstellung und Kontrolle von Z-Positionswerten des Tisches sind Meßwertaufnehmer vorgesehen, deren Signalausgänge ebenfalls mit der Auswerteeinrichtung verbunden sind.

Alternativ zu einer Meßanordnung für die Z-Positionswerte des Tisches kann ein Anschlagsystem mit guter Reproduzier­ barkeit vorgesehen sein, mit dessen Hilfe der Tisch stets schnell wieder in funktionswichtige Positionen gefahren wer­ den kann, beispielhaft dann, wenn die Tischauflagefläche den Bezugswert z_B einnehmen soll.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spieles zur Messung eines Kegelinnengewindes näher erläu­ tert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig. 1 die Anordnung eines Prüfling mit Kegelinnenge­ winde auf dem Koordinatentisch,

Fig. 2 eine Anordnung zu einer Ausgestaltungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In Fig. 1 ist der zu einem Koordinatenmeßgerät gehörende Tisch 1 mit einer Tischauflagefläche 2 dargestellt. Der Tisch 1 ist in den Koordinaten X,Y,Z verschiebbar. Dabei sind die Zustellwege und -positionen des Tisches 1 bzw. der Tischauflagefläche 2 in Z-Richtung anhand einer Meßanord­ nung, wie sie bei Koordinatentischen üblich ist, ermittel­ bar und reproduzierbar. Die Meßanordnung verfügt über einen Meßwertaufnehmer(nicht dargestellt), dessen Ausgang mit ei­ ner Auswerteeinrichtung (ebenfalls nicht dargestellt) ver­ bunden ist.

Über dem Tisch 1 ist ein Fühlhebeltaster 3 angeordnet, der an einem Federbügel 4 in Z-Richtung positionsveränderlich gehalten ist. Über den Federbügel 4 ist der Fühlhebeltaster 3 mit einer in X-Richtung verstellbaren Meßpinole 5 verbun­ den. Die Meßpinole 5 ist mit einem Meßwertaufnehmer (nicht dargestellt) für Positionswerte in X-Richtung gekoppelt, der über einen Signalweg mit der Auswerteeinrichtung in Verbindung steht.

Der Fühlhebeltaster 3 besitzt ein Tastelement 6, das ausge­ hend von einer 0-Position nach beiden Richtungen der X- Koordinate um eine Schwenkachse 15 auslenkbar ist. Das Ta­ stelement 6 ist mit Tastkugeln 7 ausgestattet. Auch der Fühlhebeltaster 3 ist über einen Signalweg mit der Auswer­ teeinrichtung verbunden; über diesen Signalweg gelangen In­ formationen über das Maß der Auslenkung des Tastelementes 6 zur Auswerteeinrichtung.

Am Federbügel 4 sind zwei Koinzidenzmarken 8 und 9 angeord­ net. Davon ist die Koinzidenzmarke 8 gestellfest, während die Koinzidenzmarke 9 mit dem Federbügel 4 in der Z- Koordinate beweglich ist. Zur exakten Kontrolle von Positi­ onsveränderungen des Fühlhebeltasters 3 relativ zum Gestell des Koordinatenmeßgerätes in Z-Richtung ist über dem Fühl­ hebeltaster 3 ein Feinzeiger 10 positioniert, dessen Meß­ richtung in der Z-Koordinate ausgerichtet ist. Auch der Feinzeiger 10 ist über einen Signalweg mit der Auswerteein­ richtung verbunden.

Die Auswerteeinheit umfaßt einen Meßwertspeicher, eine Re­ chenschaltung zur Verarbeitung der Meßwerte bzw. zur Be­ rechnung von Kenn- und Bestimmungsgrößen von Kegelgewinden und auch eine Anzeigeeinrichtung für die ermittelten Ergeb­ nisse. Die Auswerteeinheit kann aus einer kommerziell für die Erfassung und Auswertung von Meßgrößen vorgesehenen Einrichtung bestehen, deren Signaleingänge mit den entspre­ chenden Signalausgängen des Fühlhebeltasters 3, des Fein­ zeigers 10, des Meßwertaufnehmers an der Meßpinole 5 und der Meßanordnung für die Z-Positionen des Tisches 1 ver­ knüpft sind. Es können Meßwertaufnehmer unterschiedlichster Ausführungen vorgesehen sein.

Vor Beginn des erfindungsgemäßen Meßverfahrens wird eine Kalibrierung des Fühlhebeltasters 3 anhand eines Einstell­ normales vorgenommen. Soll beispielsweise ein Kegelinnenge­ winde vermessen werden, so kann als Einstellnormal ein Ka­ librierring genutzt werden. Der Kalibrierring wird zunächst anstelle des Prüflings 13 auf der Tischauflagefläche 2 an­ geordnet und an mehreren, sich diametral gegenüberliegenden Positionen seines Umfanges mit dem Fühlhebeltaster 3 ange­ tastet. Dabei wird durch Tischverschiebung in Y-Richtung das Tastelement 6 auf den Umkehrpunkt am Umfang des Kali­ brierringes eingestellt. Aus den ermittelten Meßdaten wird eine Tasterkonstante errechnet und zur späteren Verwendung gespeichert.

Im Anschluß an die Kalibrierung wird zur weiteren Vorberei­ tung des erfindungsgemäßen Verfahrens zunächst der Federbü­ gel 4 so tariert, daß der Abstand der beweglichen Koinzi­ denzmarke 9 zur Tischauflagefläche 2 kleiner ist als der Abstand der gestellfesten Koinzidenzmarke 8 zur Tischaufla­ gefläche 2.

Nun wird eine Bezugsebene definiert, indem eine Verstellung des Tisches 1 in Z-Richtung soweit erfolgt, bis die Tischauflagefläche 2 mit dem Tastelement 6 in Kontakt kommt und der Tisch 1 dann unter Mitnahme des Tastelementes 6 weiter in Z-Richtung zugestellt wird, bis die beiden Koin­ zidenzmarken 8, 9 in Koinzidenz stehen. Der dann erreichte Z-Wert der Tischposition wird als Bezugwert z_A gespeichert oder die erreichte Z-Position wird gleich 0 gesetzt.

Nunmehr wird ein Prüfling 13 mit dem zu vermessenden Kege­ linnengewinde auf der Tischauflagefläche 2 positioniert. Durch Verschieben der Meßpinole 5 in X-Richtung wird ein erster Gewindegang angetastet, um zunächst ein Wertepaar x₁,z₁ zu ermittelt.

Dazu wird iterativ die Tastkugel 7 im ausgewählten Gewinde­ gang zur Anlage gebracht, durch Tischverschiebung in Y- Richtung das Tastelement 6 bzw. die Tastkugel 7 auf den Um­ kehrpunkt am Prüflingsumfang eingestellt und außerdem durch Z-Verstellung des Tisches 1 dafür gesorgt, daß die Koinzi­ denzmarken 8 und 9 am Federbügel 4 in Koinzidenz stehen. Nunmehr wird die Meßpinole 5 weiter in X-Richtung verscho­ ben, bis das Tastelement 6 seine 0-Position erreicht hat. In dieser Konstellation werden an der mit der Meßpinole 5 verbundenen Meßanordnung der zugehörige Wert x₁ und an der Meßanordnung für die Tischverschiebung in Z-Richtung der zugehörige Wert z₁ abgelesen und als Wertepaar x₁,z₁ gespei­ chert.

In analoger Weise wird auf der gleichen Durchmesserseite des Kegelinnengewindes ein zweiter Gewindegang angetastet und für diesen Gewindegang das Wertepaar x₂,z₂ abgelesen und gespeichert.

Danach werden von der diametral gegenüberliegenden Durch­ messerseite zwei weitere Wertepaare x₃,z₃ und x₄,z₄ gewon­ nen. Aus den ermittelten insgesamt vier Wertepaaren x₁,z₁ bis x₄,z₄ wird unter Zugrundelegung der bekannten geometri­ schen Beziehungen der Flankendurchmesser D₂ des Kegelgewin­ des sowie bei Bedarf der Kegelwinkelfehler ermittelt. Um ein korrektes Meßergebnis zu erzielen, werden bei der Er­ mittlung dieser Kenn- und Bestimmungsgrößen des Kegelgewin­ des in üblicher Weise die Tasterkonstante sowie die Anlage­ verhältnisse der Tastkugel 7 im Gewindegang berücksichtigt.

In Fig. 2 ist beispielhaft eine Anordnung dargestellt, die zur Messung von Kegelgewinden entsprechend einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Hierbei fin­ det die Messung auf einem Koordinatentisch statt, der in den Koordinaten X,Y,Z verstellbar und zusätzlich um eine in der Z-Koordinate liegende Drehachse 16 um einen Winkel ϕ_z drehbar ist.

Zur Einstellung einer Bezugsebene für diese Verfahrensvari­ ante wird beispielsweise ein Endmaß 11 auf der Tischaufla­ gefläche 2 positioniert. Das Endmaß 11 hat zwischen seinen beiden Meßflächen die Höhe E=a-d_K/2. Darin ist a der Ab­ stand der einzustellenden Meßebene von der Tischauflageflä­ che 2 und d_K der Durchmesser einer Tastkugel 7 am Tastele­ ment 6. Das Endmaß 11 wird mit seiner ersten Meßfläche auf die Tischauflagefläche 2 aufgelegt und ist mit seiner zwei­ ten Meßfläche 12 dem Tastelement 6 zugewandt.

Nun wird der Tisch 1 in Z-Richtung zum Fühlhebeltaster 3 bzw. zum Tastelement 6 hin verfahren, bis die zweite Meß­ fläche 12 des Endmaßes 11 mit einer oder, je nach Ausbil­ dung des Tastelementes 6, mit beiden Tastkugeln 7 in Kon­ takt kommt. Die Verschiebung des Tisches 1 erfolgt dann weiter unter Mitnahme des Tastelementes 6 bzw. des Fühlhe­ beltasters 3, bis sich die beiden Koinzidenzmarken 8 und 9 am Federbügel 4 gegenüberstehen. Der dabei erreichte z-Wert der Tischposition wird als Bezugswert z_B gespeichert; so befindet sich Tischaufnahmefläche 2 später stets wieder in der Bezugsebene, wenn die Position des Tisches 1 auf den Bezugswert z_B eingestellt wird.

Nunmehr wird der Tisch 1 entgegengesetzt zur bisherigen Zu­ stellrichtung zurückgefahren, das Endmaß 11 von der Tischauflagefläche 2 entnommen und an dessen Stelle ein Prüfling angeordnet. Im weiteren werden, wie in der Erfin­ dungsbeschreibung anhand der Verfahrensschritte ausführlich dargelegt, Meßwerte x₁ bis x₃ gewonnen und gespeichert und aus den Beziehungen |x₁-x₂| = D₂₁ und |x₁-x₃| = D₂₂ der Flanken­ durchmesser mit D₂ = D₂₁/2 + D₂₂/2 ermittelt, wobei die Ta­ sterkonstante sowie die Anlageverhältnisse des Tastelemen­ tes Gewindegang zu berücksichtigen sind.

Bezugszeichenliste

1

Tisch

2

Tischauflagefläche

3

Fühlhebeltaster

4

Federbügel

5

Meßpinole

6

Tastelement

7

Tastkugeln

8

,

9

Koinzidenzmarken

10

Feinzeiger

11

Endmaß

12

Meßfläche

13

Prüfling

14

Meßebene

15

Schwenkachse

16

Drehachse
a Abstand
x₁

. . .x₄

Meßpositionen
ϕ_z

Drehwinkel

Claims (9)

1. Verfahren zum Vermessen von Kegelgewinden auf einem Ko­ ordinatenmeßgerät, das mit einem in den Koordinaten X,Y,Z verstellbaren Tisch (1) zur Aufnahme eines mit dem Kegelgewinde versehenen Prüflings (13) ausgestattet ist und das weiterhin über einen Fühlhebeltaster (3) verfügt, der an einem Federbügel (4) in Z-Richtung po­ sitionsveränderlich gehalten und über diesen Federbügel (4) mit einer in X-Richtung verstellbaren Meßpinole (5) verbunden ist und an dem ein in der X-Koordinate aus­ lenkbares Tastelement (6) angeordnet ist, wobei zu­ nächst eine Kalibrierung des Fühlhebeltasters (3) an­ hand eines Einstellnormales vorgenommen, danach zwecks Vermessung des Kegelgewindes das Tastelement (6) nach­ einander an verschiedene Gewindeflanken zur Anlage ge­ bracht wird, die dabei ermittelten Meßwerte in einer Auswerteeinheit gespeichert werden und anhand der ge­ speicherten Meßwerte eine Berechnung der Kenn- und Be­ stimmungsgrößen des Kegelgewindes vorgenommen wird, da­ durch gekennzeichnet,

• - daß im Anschluß an die Kalibrierung in einem ersten Schritt der Federbügel (4) so tariert wird, daß zwei der Z-Koordinate zugeordnete Koinzidenzmarken (8, 9), von denen eine mit dem Federbügel (4) in der Z- Koordinate beweglich und die andere gestellfest ange­ ordnet ist, in Z-Richtung zueinander versetzt sind, wo­ bei der Abstand zwischen der beweglichen Koinzidenzmar­ ke (9) und der Tischauflagefläche (2) kleiner ist als der Abstand zwischen der gestellfesten Koinzidenzmarke (8) und der Tischauflagefläche (2),
• - daß in einem zweiten Schritt eine Bezugsebene definiert wird, indem eine Verstellung des Tisches (1) in Z- Richtung soweit erfolgt, bis die Tischauflagefläche (2) mit dem Tastelement (6) in Kontakt kommt, der Tisch (1) dann unter Mitnahme des Tastelementes (6) weiter in Z- Richtung zugestellt wird, bis die beiden Koinzidenzmar­ ken (8, 9) in Koinzidenz stehen, dann der erreichte Z- Wert der Tischposition als Bezugwert z_A gespeichert oder die erreichte Z-Position gleich 0 gesetzt wird,
• - in einem dritten Schritt der Prüfling (13) auf der Tischauflagefläche (2) angeordnet wird, die Antastung eines Gewindeganges durch Verschiebung der Meßpinole (5) in X-Richtung vorgenommen wird, durch Tischver­ schiebung in Y-Richtung das Tastelement (6) auf den Um­ kehrpunkt am Prüflingsumfang eingestellt wird und da­ nach durch Z-Verstellung des Tisches (1) die Koinzi­ denzmarken (8, 9) am Federbügel (4) in Koinzidenz ge­ bracht werden,
• - in einem vierten Schritt die Meßpinole (5) weiter in X- Richtung verschoben wird, bis das Tastelement (6) seine 0-Position erreicht hat und in dieser Position ein er­ stes Wertepaar x₁,z₁ abgelesen und gespeichert wird, mit x₁ dem Anzeigewert an der Meßpinole (5) und z₁ der Tischposition in der Z-Koordinate,
• - in einem fünften Schritt ein weiterer Gewindegang auf der gleichen Durchmesserseite des Kegelgewindes angeta­ stet und in analoger Weise ein zweites Wertepaar x₂,z₂ abgelesen und gespeichert wird,
• - in einem sechsten Schritt von der diametral gegenüber­ liegenden Durchmesserseite weitere Wertepaare x₃,z₃ und x₄,z₄ gewonnen werden und
• - schließlich in einem siebenten Schritt mit Hilfe der Auswerteeinheit aus den geometrischen Beziehungen der Wertepaare x₁,z₁ bis x₄,z₄ die Flankendurchmesser des Kegelgewindes sowie der Kegelwinkelfehler ermittelt werden, wobei die Tasterkonstante sowie die Anlagever­ hältnisse des Tastelementes (6) im Gewindegang zu be­ rücksichtigen sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wertepaare x₁,z₁ bis x₄,z₄ jeweils von Antastungen nahe der für das Kegelgewinde definierten Meßebene (14) abgenommen werden.

3. Verfahren zum Vermessen von Kegelgewinden nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, jedoch mit einem Tisch (1), der zusätzlich zur Verstellbarkeit in den Koordi­ naten X,Y,Z um die Koordinate Z drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet,

• - daß im Anschluß an die Kalibrierung in einem ersten Schritt der Federbügel (4) so tariert wird, daß zwei der Z-Koordinate zugeordnete Koinzidenzmarken (8, 9), von denen eine mit dem Federbügel (4) in der Z- Koordinate beweglich und die andere gestellfest ange­ ordnet ist, in Z-Richtung zueinander versetzt sind, wo­ bei der Abstand zwischen der beweglichen Koinzidenzmar­ ke (9) und der Tischauflagefläche (2) kleiner ist als der Abstand zwischen der gestellfesten Koinzidenzmarke (8) und der Tischauflagefläche (2),
• - daß in einem zweiten Schritt die für das Kegelgewinde definierte Meßebene (14) mit einem Abstand a von der Tischauflagefläche (2) eingestellt wird, indem der Tisch (1) unter Mitnahme des Fühlhebeltasters (3) so­ weit in Z-Richtung verfahren wird, bis die beiden Koin­ zidenzmarken (8, 9) des Federbügels (3) sich gegenüber­ stehen und anschließend aus dieser Position der Tisch um den Weg Δz = a in Z-Richtung zurückgefahren wird, wonach die Z-Position des Tisches (1) abgelesen und als Bezugswert z_B gespeichert oder für diese Position ein Anschlag eingestellt wird,
• - daß in einem dritten Schritt der Prüfling (13) zen­ trisch zur Drehachse des Tisches (1) auf der Tischauf­ lagefläche (2) befestigt, der Bezugswert z_B wieder ein­ gestellt wird und durch Verschieben der Meßpinole (5) in X-Richtung mit dem Tastelement (6) ein erster Gewin­ degang angetastet wird,
• - daß in einem vierten Schritt durch Drehen des Tisches (1) um die Z-Koordinate, durch Nachstellen der Meßpino­ le (5) in X-Richtung und durch Verschieben des Tisch (1) mit dem Prüfling (13) in Y-Richtung die Relativlage von Prüfling (13) und Tastelement (6) iterativ solange geändert wird, bis sich erstens die Koinzidenzmarken (8,9) wieder gegenüberstehen, eine Y-Position erreicht ist, bei der das Tastelement (6) auf den Umkehrpunkt des Prüflingsumfanges eingestellt ist und das Tastele­ ment (6) seine 0-Position erreicht hat, wonach der An­ zeigewert der Meßpinole (5) abgelesen und als Meßwert x₁ dem ersten Gewindegang zugeordnet gespeichert wird,
• - daß in einem fünften Schritt die Meßpinole (5) in X- Richtung soweit verstellt und die Z-Position um +P/2 und/oder -P/2 (mit P der Steigung des Kegelgewindes) geändert wird, bis ein zweiter und dritter diametral gegenüberliegender Gewindegang angetastet sind, sich die Koinzidenzmarken (8, 9) wieder gegenüberstehen, eine Y-Position erreicht ist, in der das Tastelement (6) auf den Umkehrpunkt des Prüflingsumfanges eingestellt ist und das Tastelement (6) seine 0-Position erreicht hat, wonach die Anzeigewerte von der Meßpinole (5) abgelesen und als den angetasteten Gewindegängen zugeordnete Meß­ werte x₂ und x₃ gespeichert werden und
• - in einem weiteren Schritt schließlich aus den Beziehun­ gen |x₁-x₂| = D₂₁ und |x₁-x₃| = D₂₂ der Flankendurchmesser mit D = D₂₁/2 + D₂₂/2 ermittelt wird, wobei die Taster­ konstante sowie die Anlageverhältnisse des Tastelemen­ tes im Gewindegang zu berücksichtigen sind.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der für das Kegelgewinde definierten Meßebene (14) die Mitnahme des Fühlhebeltasters (3) und damit auch des Tastelementes (6) mit der Z-Verstellung mit Hilfe eines Endmaßes (11) erfolgt, das zwischen seinen beiden Meßflächen die Höhe E=a-d_K/2 hat, mit a dem Abstand der Meßebene (14) von der Tischauflageflä­ che (2) und d_K dem Durchmesser der Tastkugel (7) am Ta­ stelement (6), wobei eine erste Meßfläche auf die Tischauflagefläche (2) aufgelegt und die zweite Meßflä­ che (12) dem Tastelement (6) zugewandt wird, danach der Tisch (1) bis zur Anlage der zweiten Meßfläche (12) am Tastelement (6) und dann weiter verschoben wird, bis die beiden Koinzidenzmarken (8, 9) des Federbügels (4) sich gegenüberstehen.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der für das Kegelgewinde definierten Meßebene (14) die Mitnahme des Fühlhebeltasters (3) bzw. des Tastelementes (6) mit der Z-Verstellung bei unmittelbarer Berührung von Tischauflagefläche (2) und Tastelement (6) erfolgt, wobei die Tischauflagefläche (2) soweit in Z-Richtung zugestellt wird, bis die Tischauflagefläche (2) das Tastelement (6) erreicht, das Tastelement (6) auf der Tischauflagefläche (6) auf­ liegt und dann weiter zugestellt wird, bis die beiden Koinzidenzmarken (8, 9) des Federbügels (4) sich gegen­ überstehen und dann der Tisch (1) aus dieser Position um den Weg Δz=a-d_K/2 wieder in die entgegengesetzte Richtung verfahren wird, mit a dem Abstand der Meßebene (14) von der Tischauflagefläche (2) und d_K/2 dem halben Durchmesser der Tastkugel (7).

6. Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß als Einstellnormal zum Zweck der Kalibrierung des Fühlhebeltasters (3) vor der Ver­ messung eines Kegelinnengewindes ein Kalibrierring ge­ nutzt wird, der anstelle des Prüflings (13) auf der Tischauflagefläche (2) angeordnet und an mehreren, sich diametral gegenüberliegenden Positionen seines Umfanges mit dem Fühlhebeltaster (3) angetastet wird, wobei durch Tischverschiebung in Y-Richtung das Tastelement (6) auf den Umkehrpunkt am Umfang des Kalibrierringes eingestellt und aus den ermittelten Meßdaten eine Ta­ sterkonstante errechnet und gespeichert wird.

7. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den vor­ genannten Ansprüchen, gekennzeichnet durch

• - einen entlang der Koordinatenachsen X,Y,Z verschiebba­ ren Tisch (1), auf dessen Tischauflagefläche (2) der mit dem Kegelgewinde versehene Prüfling (13) angeordnet ist,
• - einen am Koordinatenmeßgerät angeordneten Fühlhebelta­ ster (3), der an einem Federbügel (4) in Z-Richtung po­ sitionsveränderlich gehalten ist, über den Federbügel (4) mit einer in X-Richtung verstellbaren Meßpinole (5) in Verbindung steht und über ein in X-Richtung auslenk­ bares Tastelement (6) verfügt, das während der Messung nacheinander an verschiedene Gewindeflanken des Kegel­ gewindes zur Anlage gebracht werden kann,
• - eine Auswerteeinrichtung, mit welcher der Fühlhebelta­ ster (3) über Signalwege verbunden ist,
• - eine Meßanordnung zur Ermittlung von Positionswerten des Tastelementes (6) bei der Bewegung in X-Richtung,
• - eine Meßanordnung zur Ermittlung der X-Positionswerte der Meßpinole (5) und
• - durch Mittel zur Einstellung und Kontrolle von Z- Positionswerten der Tischauflagefläche (2).

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur Einstellung und Kontrolle von Z- Positionswerten der Tischauflagefläche (2) eine Meß­ anordnung für die Z-Positionswerte oder ein Anschlagsy­ stem mit guter Reproduzierbarkeit vorgesehen ist.

9. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Erhöhung der Reproduzierbarkeit der Ein­ stellung der Koinzidenzmarken (8,9) am Federbügel (4) ein Feinzeiger (10) oder ein Nullindikator vorgesehen ist.