DE29503708U1

DE29503708U1 - Vorrichtung zum Messen von rotationssymmetrischen Teilen

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Publication number: DE29503708U1
Application number: DE29503708U
Authority: DE
Original assignee: Kliro Anlagenbau & Co KG GmbH
Current assignee: Kliro Anlagenbau & Co KG GmbH
Priority date: 1995-03-04
Filing date: 1995-03-04
Publication date: 1995-05-04
Anticipated expiration: 2005-03-05

Description

KLIRO Anlagenbau GmbH & Co KG
Industriestraße 11
51709 Marienheide-Rodt

Vorrichtung zum Messen von rotationssymmetrischen Teilen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für eine optoelektronische Einrichtung zum Messen, Erfassen oder Prüfen rotationssymmetrischer Teile wie deren Größen (Längen) in axialer und/oder radialer Richtung, deren Profilierung, deren Form- und Lageabweichung, deren Oberflächengüte, mit einer Kamera wie CCD-Kamera und einer Beleuchtungseinrichtung zum Beleuchten des Meßobjektes.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zu schaffen, die für die Aufnahme rotationssymmetrischer Teile von unterschiedlicher Form und Abmessung geeignet ist, und mit der auf einfache Weise die Position der Kamera den verschiedenen Meßpunkten des Meßobjektes angepaßt werden kann.

Vorzugsweise wird die Vorrichtung zur Stichprobenkontrolle von Massenteilen wie, Dreh- und Stanzteilen verwendet, um die Einhaltung von Toleranzen zu prüfen oder das Meßobjekt mit vorgegebenen Kriterien zu vergleichen. Das geschieht optoelektronisch mit Hilfe einer Kamera, z.B. CCD-Kamera mit einer Meßgenauigkeit von vorzugsweise + 0,003 mm bei Teilelängen von max. 500 mm.

Die Vorrichtung eignet sich besonders zum Vermessen von Schrauben mit Durchmessern M2 bis M12, bzw. M8 bis M24 und Schraubenlängen von 10 mm bis 250 mm und länger. Die Vorrichtung soll geeignet sein, um folgende Maße und Querschnitte ermitteln zu können.

1) Längen in axialer Richtung: Gesamtlänge, Kopfhöhe,
U-Scheibendicke, Schaftlänge (ohne Gewinde), Gewindelänge, Spitzenlänge.

2) Durchmesser in radialer Richtung: Kopfdurchmesser, U-Scheibendurchmesser, Schaftdurchmesser, Spitzendurchmesser, Gewindedurchmesser (Außendurchmesser, Innendurchmesser, Flankendurchmesser).

3) Profilierungen: Gewindesteigung, Schräggewinde,
Spitzenform, Radien unter Kopf.

4) Form- und Lageabweichungen: Geradheit des Schaftes (max. Durchbiegung), Zylinderform des Schaftes,
Konzentrizität Kopf-Schaft, Rundlauf.

Bei der Herstellung des Gewindes können Toleranzfelder +/-0,03 mm betragen. Dementsprechend sollte die Vorrichtung eine Meßgenauigkeit des Meßsystems von +/-0,003 mm ermöglichen. Erreichbar ist diese Genauigkeit nur mit verhältnismäßig kleinen Bildfeldgrößen der Kamera. Es sind Bildfeldgrößen von beispielsweise 5x5 mm erforderlich. Bei Innensechskantschrauben M12 ist beispielsweise der Durchmesser 18 mm. Die dazugehörige Unterlegscheibe hat noch einen wesentlich größeren Durchmesser.

Mit der Kamera werden Teilbilder des Objektes erzeugt und die Kamera dann mit einem längs- und guergeführten Support in der Senkrechten und Waagerechten verfahren.

Vorteilhaft kann das Abfahren des Meßobjektes so ausgelegt werden, daß mit der Kamera nur an vorgesehenen Meßpunkten Bilder aufnommen werden, also nur da, wo auch Maße ermittelt werden sollen. Es kann dann darauf verzichtet werden, das Meßobjekt auf der ganzen Länge aufzunehmen, z.B. alle 10 mm ein Bild aufzunehmen.

Nachdem das Meßobjekt in dem für die Kamera erfaßbaren Profil vermessen wurde, wird das eingespannte Meßobjekt um einen vorgegebenen Winkelschritt, beispielsweise um 10 Grad gedreht und ein weiterer Meßvorgang durchgeführt. Ist das Meßobjekt um 180 Grad gedreht worden, wurden beispielsweise 18 Profile ausgewertet, liegen alle Meßwerte vor.

Es kann ein Meßprotokoll ausgedruckt werden. Das Meßobjekt kann aus der Vorrichtung entnommen werden.

um verhältnismäßig große Meßobjekte abzubilden, kann noch eine zweite Kamera verwendet werden, so daß sich dadurch ein rechteckiges Bildfeld aus zwei nebeneinander anzuordneten quadratischen Bildfeldern erzeugen läßt. Damit kann beispielsweise ein Bildfeld mit einer Breite von 24 mm und einer Höhe von 12 mm erzeugt werden. Das Meßobjekt, beispielsweise eine Schraube, wird, um es komplett abbilden zu können, jeweils um 10 mm in der Höhe mit der Vorrichtung verschoben oder der Kamerasupport wird verschoben. Jeweils für 10 mm Schraubenlänge wird ein Doppelbild aufgenommen. Verwendet werden vorteilhaft zwei telezentrische Kameraobjektive. Beide Kameras sind vorteilhaft um einen geringen Winkelbetrag zueinanderhin geschwenkt.

Um exakte Messungen ausführen zu können, muß das Meßobjekt, beispielsweise eine Schraube, exakt in seiner Rotationsachse zentriert sein, und die Rotationsachse muß in der Pinolenachse liegen. Das Zentrieren erfolgt vorteilhaft durch zwei zentrierende v-förmige Formbacken oder mit Hilfe eines Spannfutters. Wichtig ist, daß die Spannbacken mechanisch so gekoppelt sind, daß sie sich synchron verstellen lassen und das Meßobjekt exakt in der Pinolenachse zentrieren. Bei einer Schraube als Meßobjekt, greifen die Formbacken unterhalb des Schraubenkopfes an. Die Betätigung der Zentriervorrichtung

erfolgt vorteilhaft pneumatisch. Bei einem Zweibackenfutter kann die Betätigung der Formbacken auch durch eine Spindel mit Links- und Rechtsgewinde erfolgen.

Das Einspannen des Meßobjektes, beispielsweise das Einspannen einer Schraube erfolgt mit einer Spanneinrichtung, die vorzugsweise eine vertikale Anordnung besitzt, so daß die Schraube mit den Kopf in die Zentriereinrichtung eingehängt werden kann, d.h. der Kopf sich an den Formbacken abstützt. Danach wird die Zentriereinrichtung betätigt, die Formbacken schließen sich und klemmen den Schraubenschaft ein. Die Schraube wird dabei automatisch in der Pinolenachse zentriert. Anschließend wird die Spanneinrichtung betätigt. Mit den in die jeweilige Pinole eingesetzten Halterungen wird das Meßobjekt, hier die Schraube zwischen der Stirnseite des Schraubenkopfes und der Stirnseite des Schraubenschaftes eingespannt. Danach wird die Zentriereinrichtung zum Öffnen der Formbacken betätigt, und das Meßobjekt ist vorbereitet für den ersten Meßzyklus. Da eine Schraube in die Zentriereinrichtung am Kopf hängend eingelegt wird, braucht die obere Pinole bzw. deren Halterung nur einen kurzen Hub auszuführen (Unterschied der Kopfhöhen von der kleinsten und der größten Schraube). Die untere Pinole muß die Längen der verschiedenen Meßobjekte ausgleichen; deshalb ist der Verstellweg der unteren Pinole groß genug, um das längste zul. Meßobjekt aufnehmen zu können. Vorteilhaft läßt sich die untere Pinole von Hand verschieben und grob auf die jeweilige Länge des Meßobjektes einstellen. Mit der in dieser Pinole einsetzbaren und verstellbaren Halterung, die dann ebenfalls nur einen verhältnismäßig kurzen Hub auszuführen braucht, erfolgt der Spannvorgang.

Vorzugsweise ist mindestens eine der beiden Halterungen pneumatisch oder hydraulisch in Längsrichtung verstellbar.

Vorzugsweise sind beide Halterungen pneumatisch betätigbar, d.h. mit je einem Pneumatikzylinder beaufschlagt, so daß das Meßobjekt zwischen den beiden Halterungen eingespannt wird.

Nach Beendigung des Meßvorganges wird der Druck in den Pneumatikzylindern soweit reduziert, daß das Meßobjekt entnommen werden kann.

Beide Halterungen mit den beiden Pneumatikzylindern sind in der jeweiligen Pinole geführt. Die obere Pinole ist in ihrem Spindelstock drehbar gelagert. Die untere Pinole ist eine etwa 500 mm lange Keilwelle, die in zwei Lagern in ihrem Spindelstock drehbar gelagert ist und mit Hilfe eines Klemmringes in jedem beliebigen Abstand von der oberen Pinole eingestellt werden kann.

Ein Stellantrieb zum Drehen der Pinole ist erforderlich, um den kompletten Umfang des Meßobjektes zu erfassen zu können, bzw. um die Geradheit des Meßobjektes zu prüfen. Vorteilhaft erfolgt der Antrieb der Pinole (Keilwelle) über ein Getriebe wie Zahnriemengetriebe durch einen Schrittmotor.

Die schrittweise Drehung des Meßobjektes kann ferner pneumatisch durch einen Pneumatikzylinder erfolgen, der mit einer an der Pinole (Keilwelle) befestigten Klinkensperre zusammenwirkt. Die Klinkensperre ist Bestandteil einer Schiebehülse, in der die Pinole (Keilwelle) gleitend geführt ist, so daß der pneumatische Antrieb feststehend montiert werden kann.

Der Kamerasupport besitzt eine in Längsrichtung zur Pinolenachse verlaufende Linearführung. Der Antrieb erfolgt durch einen Schrittmotor über eine Spindel. An der Linearführung ist ein Maßstab (Glasmaßstab) angebracht, der dem Meßsystem bei jeder Bildaufnahme die exakte Position mitteilt. Der

Querantrieb des Supports kann ebenfalls über einen Spindeltrieb mit Schrittmotor gesteuert werden, wobei mit einem Glasmaßstab die Ansteuerung der jeweiligen Meßposition exakt erfolgen kann.

Die Beleuchtungseinrichtung sollte eine Position einnehmen, in der das Meßobjekt zwischen Kamera und Beleuchtungseinrichtung liegt. Die Beleuchtungseinrichtung sollte ferner mindestens in Längsrichtung verstellbar sein, so daß das Meßobjekt gut ausgeleuchtet werden kann.

Nachfolgend wird an Hand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig.l eine Ansicht der Vorderseite der Vorrichtung (Bedienseite),

Fig.2 eine Ansicht der Vorrichtung von der Seite, Fig.3 die Ansicht der Vorrichtung von oben.

Die Vorrichtung für die optoelektronische Meßeinrichtung ist in einem Grundgestell 4 aus Profilstäben wie Aluminiumprofilen beispielsweise Rechteckrohr aufgebaut. Es handelt sich dabei um eine Stabkonstruktion in Quaderform. In diesem Grundgestell sind alle Baugruppen der Vorrichtung enthalten. Nach Außen ist das Grundgestell 4 mit nicht dargestellten Verkleidungselementen abgedeckt.

Die Spanneinrichtung ist in dem Grundgestell 4 in einer vertikalen Anordnung eingebaut und besteht aus dem oberen Spindelstock 5, (hier als Querstrebe dargestellt) mit der

oberen Pinole 6, in der die Halterung 7 in eine nicht näher bezeichnete Aufnahme der Pinole einsetzbar ist und aus dem unteren Spindelstock 8, (ebenfalls als Querstrebe dargestellt) mit der unteren Pinole 9, in der die Halterung 10 in eine nicht näher bezeichnete Aufnahme der Pinole einsetzbar ist.

Der obere Spindelstock 5 besitzt eine Aufnahme 11 in der die obere Pinole 6 drehbar ist. Die Halterung 7 ist durch einen Pneumatikzylinder 12 längsverstellbar und ist austauschbar und kann den vorhandenen Befestigungsmerkmalen des Meßobjektes 13, beispielsweise einer Schraube angepaßt sein. Die Halterung 7 kann eine Körnerspitze, einen Stempel od. dgl. aufweisen. Alternativ kann auch eine mitlaufende Körnerspitze verwendet werden.

Der untere Spindelstock 8 besitzt ebenfalls ein Aufnahme 14, die der oberen Aufnahme 11 fluchtend gegenüberliegt. In der unteren Aufnahme 14 ist die untere Pinole 9 längsverschiebbar und drehbar um ihre Achse gelagert. Die untere Pinole 9 ist als lange Keilwelle 15 ausgebildet und manuell verschiebbar und mit einem nicht dargestellten Klemmring in der eingestellten Position feststellbar. In die Pinole 9 ist die Halterung 10 eingesetzt, die baugleich mit der Halterung 7 sein kann. Die Halterung 10 ist ebenfalls mit einem Pneumatikzylinder 16 betätigbar.

Der Stellantrieb zum Drehen der unteren Pinole 9 in Winkelschritten befindet sich an dem der Halterung 10 gegenüberliegenden Ende der Pinole 9 {Keilwelle 15). Es handelt sich dabei um eine Klinkensperre 17 mit Schiebehülse (Fig.2), die auf der Pinole 9 (Keilwelle 15) aufgesteckt und mit dem Pneumatikzylinder 18 verbunden ist. Bei jeder Betätigung des Pneumatikzylinders 18 wird die Keilwelle 15 um einen Winkelschritt, beispielsweise um 10 Grad gedreht.

Anstelle der Klinkensperre 17 mit dem Pneumatikzylinder 18 kann auch ein elektrischer Schrittmotor 30 verwendet werden, der über ein Zahnriemengetriebe 31 die Keilwelle 15 direkt steuert (Fig.l).

Mit der Spanneinrichtung kann die Schraube 13 beispielsweise zwischen Spitzen eingespannt werden. Bevor die Schraube aber eingespannt wird, wird sie in eine mit der Pinolenachse fluchtende Lage zentriert. Das erfolgt mit der Zentriereinrichtung 19.

Die Zentriereinrichtung 19 ist an einer Querstrebe 20 des Grundgestells 4 befestigt und besitzt zwei synchron aufeinanderzu und voneinanderweg verstellbare Spannarme 21, zwischen denen zentrisch die Pinolenachse verläuft. An den Enden der Spannarme 21 ist jeweils eine Formbacke 22 mit einer vförmigen Aufnahme angeordnet zwischen denen die Schraube zentriert wird. Mit dem Pneumatikzylinder 23 erfolgt die Betätigung der Zentriereinrichtung 19.

Die Schraube 13 wird hängend in die geöffneten Formbacken 22 eingelegt und dann wird die Zentriereinrichtung geschlossen. Damit ist die Zentrierung erfolgt. Anschließend wird die Spanneinrichtung betätigt, mit der die Schraube 13 am Schraubenkopf und am Schraubenschaft eingespannt wird. Danach wird die Zentriereinrichtung wieder geöffnet, und die Schraube ist vorbereitet für die Messung.

Eine Kamera 24 ist an einem Support 25 befestigt, der sich im Abstand von der Spanneinrichtung an einer Seitenwand des Grundgestells 4 befindet. Die Kamera 24 läßt sich exakt auf die Schraube 13 richten. Für diesen Zweck hat der Support 25
eine Längsführung 26 und eine Querführung 27. Beide Führungen 26, 27 besitzen einen nicht dargestellten Maßstab, mit denen

die gewünschte Meßposition der Kamera 24 einstellbar ist. Die Steuerung des Kamerasupports 25 erfolgt über nicht dargestellte Spindeltriebe durch Schrittmotoren.

An der der Kamera 24 gegenüberliegenden Seite des Grundgestells 4 ist die Beleuchtungseinrichtung 28 angeordnet. Sie ist an einem nicht näher bezeichneten Halter befestigt, der in einer Längsführung 29 verschiebbar ist. Bei dieser Ausführung der Vorrichtung befindet sich das Meßobjekt zwischen der Kamera 24 und der Beleuchtungseinrichtung 28.

Claims

KLIRO Anlagenbau GmbH & Co KG Industriestr. 11 51709 Marienheide-Rodt Schutzansprüche:

1) Vorrichtung für eine optoelektronische Einrichtung zum Messen, Erfassen oder Prüfen rotationssymmetrischer Teile wie deren Größen (Längen) in axialer und/oder radialer Richtung, deren Profilierung, deren Form- und Lageabweichung, deren Oberflächengüte, mit Hilfe einer Kamera wie CCD-Matrix-Kamera und einer Beleuchtungseinrichtung zum Beleuchten des Meßobjektes, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorzugsweise vertikal angeordnete Spanneinrichtung für ein Meßobjekt (13) vorgesehen ist, mit der das Meßobjekt um seine Rotationsachse drehbar ist, daß die Spanneinrichtung einen ersten Spindelstock (5) mit einer Pinole (6) und einen weiteren, im Abstand davon vorgesehenen Spindelstock (8) mit einer längsverschiebbaren und drehbar gelagerten Pinole (9) aufweist, die mit der ersten Pinole (6) in einer Pinolenachse liegt, daß eine der beiden Pinolen (6,9) einen Stellantrieb (17,18) zum Drehen der Pinole (6,9) besitzt, daß zum Zentrieren des Meßobjektes (13) in der Pinolenachse eine Zentriereinrichtung (19) mit quer zur Pinolenachse angeordneten und zentrierenden Formbacken (22), beispielsweise ein Zweibackenfutter vorgesehen ist, daß im Abstand von der Spanneinrichtung ein Support (25) mit einer Längs- und/oder Querführung (26,27) für die Kamera (24) vorgesehen ist, und daß die Beleuchtungseinrichtung (28) an einer in Richtung der Spanneinrichtung weisenden Lage an der Vorrichtung, vorzugsweise in einer der Kamera (24) gegenüberliegen Position an einer längsverstellbaren Führung (29) angeordnet ist.

2) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß jede Pinole (6,9) eine Aufnahme für wahlweise einsetzbare Halterungen (7,10) für das Meßobjekt (13) aufweist.

3) Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen (7,10) pneumatisch oder hydraulisch verstellbar sind.

4) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Formbacken (22) keilnutartige Aufnahmen für das Meßobjekt (13) aufweisen.

5) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pinole (9) als Keilwelle (15) ausgebildet und in Längsrichtung feststellbar ist.

6) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Keilwelle (15) in einer Schiebehülse geführt und durch eine Klinkensperre (17) in Winkelschritten drehbar ist.

7) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentriereinrichtung (19) pneumatisch oder hydraulisch verstellbar ist.

8) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Klinkensperre (17) pneumatisch oder hydraulisch betätigbar ist.

9) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Keilwelle (15) über ein Getriebe (31) wie Zahnriemengetriebe durch einen Schrittmotor (30) steuerbar ist.

10) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsführung (26) mit einer Maßsklala (Glasmaßstab) zum Positionieren des Supports (25) ausgerüstet ist.

11) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Querführung (27) mit einer Maßskala (Glasmaßstab) für den Support (25) ausgerüstet ist.

12) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Support (25) zur Aufnahme von zwei Kameras (24) ausgebildet ist, die derart zueinander ausgerichtet sind, daß deren Bildfelder sich zu einem größeren Bildfeld ergänzen.

13) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Support (25) in Längs- und/oder Querrichtung durch je eine Spindel verstellbar ist.

14) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Support (25) in Längs- und/oder Querrichtung durch je einen Schrittmotor steuerbar ist.

15) Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (6,9) eine Körnerspitze oder einen Stempel aufweist.