DE4319898A1 - Vorrichtung zur berührungslosen Prüfung und/oder Vermessung von rotationssymmetrischen Werkstücken - Google Patents
Vorrichtung zur berührungslosen Prüfung und/oder Vermessung von rotationssymmetrischen WerkstückenInfo
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Description
Die Qualitätsprüfung und -sicherung erlangt in der
industriellen Fertigung eine immer größere Bedeutung. Dies
gilt auch bei der Herstellung von rotationssymmetrischen
Werkstücken wie Drehteilen, Wellen, Achsen oder dergleichen.
Gleichzeitig steigen die Ansprüche an die Genauigkeit, mit
der derartige Teile gefertigt werden müssen. Vielfach ist es
bereits so, daß Hersteller von Drehteilen bei der Lieferung
ihrer Produkte Prüfprotokolle beilegen müssen.
Aus diesem Grund sind bereits verschiedene Meßgeräte zum
automatischen Abtasten von Werkstücken bekannt geworden.
In der DE 38 43 286 wird beispielsweise ein Profilmeßgerät
beschrieben, dessen Prinzip auf einer mechanischen Abtastung
des Werkstücks ruht.
Auch berührungslose Meßverfahren sind mittlerweile bekannt
geworden. Diese Systeme arbeiten mit einem
Beleuchtungsmuster, daß auf das Werkstück projiziert wird,
beispielsweise eine linienförmige Beleuchtung, wobei das
Videobild der Reflexionen von dem Werkstück ausgewertet wird.
Derartige Vorrichtungen und Verfahren finden sich
beispielsweise in der DE 35 21 260, der EP 0 224 525 und der
DE 36 01 321.
Die genannten Vorrichtungen und Verfahren sind jedoch, vor
allem bei hochauflösenden Systemen sehr aufwendig und somit
sehr teuer.
Hingegen sind in jüngster Zeit verschiedene hochgenaue,
berührungslos arbeitende Distanzmeßköpfe im Handel erhältlich
geworden. In der DE 40 32 361 wird beispielsweise ein
derartiger Distanzmeßkopf beschrieben.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur
berührungslosen Prüfung und/oder Vermessen von
rotationssymmetrischen Werkstücken der einleitend genannten
Art vorzuschlagen, die die Verwendung handelsüblicher
Komponenten erlaubt und somit trotz hoher Genauigkeit
kostengünstig herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Vorrichtung der
einleitend genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur berührungslosen Prüfung
und/oder Vermessung von im wesentlichen
rotationssymmetrischen Werkzeugen, wie Drehteilen, Wellen,
Achsen oder dergleichen weist somit eine Spannvorrichtung zum
Einspannen der Werkstücke und eine Positioniereinheit zur
Positionierung der Vorrichtung in Bezug zum Werkstück oder
zur Positionierung des Werkstücks in Bezug zur Meß- bzw.
Prüfvorrichtung auf. Die Maße des Werkstücks werden über
einen berührungslos arbeitenden Distanzmeßkopf zur Messung
des Abstandes des Werkstücks von dem Meßkopf ermittelt.
Wie oben angeführt, kann durch die Verwendung handelsüblicher
Komponenten, insbesondere der Distanzmeßköpfe, eine besonders
kostengünstige Meß- bzw. Prüfvorrichtung geschaffen werden,
wobei keinerlei Abstriche bei der Meßgenauigkeit gemacht
werden müssen, sondern vielmehr eine hohe Auflösung
gewährleistet bleibt.
Die exakten Positionen zwischen Spannvorrichtung und
Positioniereinheit kann über einen Eichkörper mit bekannten
Ausmaßen ermittelt werden. Sind diese Daten bekannt, so kann
aus dem Abstand des eingespannten Werkstücks am jeweiligen
Meßpunkt vom Distanzmeßkopf dieses Werkstücks durch Abrastern
mit der Positioniereinheit vermessen werden.
Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen werden
vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung
möglich.
Vorteilhafterweise werden mehrere Distanzmeßköpfe vorgesehen.
Die Meßzeit, die im wesentlichen durch die Dauer des
Abtastervorgangs bestimmt wird, wird hierdurch erheblich
verkürzt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn jeweils zwei
Distanzmeßköpfe auf einander gegenüberliegenden Seiten des
Werkstücks angeordnet sind. Aufgrund der Differenz der von
zwei so angeordneten Distanzmeßköpfen gemessenen Abstände
zum Werkstück und des bekannten Abstands zwischen den
Meßköpfen kann der Durchmesser des Werkstücks auf einfache
Weise ermittelt werden.
Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich
insbesondere handelsübliche Lasertastköpfe einsetzen, die
eine hohe Auflösung gewährleisten.
Vorteilhafterweise werden der Distanzmeßkopf oder die
Distanzmeßköpfe in einer Halterung an einer steuerbaren
Lineareinheit angebracht, deren Achse im wesentlichen
parallel zur Achse des Werkstückes steht.
Um ein Werkstück entlang seines kompletten Umfangs vermessen
zu können, kann die Spannvorrichtung und/oder die Halterung
an der Lineareinheit mittels einer Dreheinheit drehbar
ausgebildet sein. Die Dreheinheit sollte wiederum steuerbar
sein.
Um hohen Anforderungen an die Meßgenauigkeit bzw. die
Auflösung gerecht zu werden, sollte die Lineareinheit
Schrittweiten gesteuert durchführen können, die kleiner als
10 µm sind.
Ist gleichzeitig der Querschnitt des Laserstrahls des
Distanzmeßkopfes am Auftreffort auf dem Werkstück wenigstens
in Richtung der Achse der Lineareinheit schmaler als 10 µm,
so ist eine Auflösung von entsprechenden Längeneinheiten bis
zu 10 µm gewährleistet. Selbstverständlich kann eine genauere
Auflösung durch die Verwendung von Distanzmeßköpfen mit
kleiner fokussiertem Strahlquerschnitt und mit einer
Lineareinheit, die kleinere Schrittweiten, beispielsweise von
1 µm durchführen kann, erreicht werden.
Um eine gute Auflösung entlang des Umfangs eines Werkstücks
zu erhalten, empfiehlt es sich, die Dreheinheit so
auszubilden, daß die Winkelschritte Δω abhängig vom
Durchmesser D des Werkstückes so gewählt sind, daß die
aufgrund des Querschnitts des Laserstrahls mögliche
Meßgenauigkeit auch ausgenutzt wird. Wird die Meßgenauigkeit
durch den Laserstrahl beispielsweise auf 10 µm begrenzt, so
soll ein Winkelschritt Δω abhängig vom Durchmesser D
des Werkstücks an der Meßstelle in Grad gemessen kleiner als
sein. Bei einer gewünschten Meßgenauigkeit von 1 µm wäre
entsprechend Winkel
zu wählen.
Für eine zeitgemäße Verwendung einer erfindungsgemäßen
Meßvorrichtung sollte die Lineareinheit und/oder die
Dreheinheit von einer Computeranlage steuerbar sein, die
ebenfalls die Daten der Distanzmeßköpfe erfaßt.
Diese Computeranlage sollte für die Auswertung der
Steuerparameter und/oder der Meßergebnisse der
Abstandsmeßköpfe eingerichtet sein, so daß die Ergebnisse
eines Meß- oder Prüfvorgangs unmittelbar erhältlich sind.
Diese Computeranlage kann insbesondere auch dafür verwendet
werden, die Vorrichtung anhand eines Eichkörpers zu eichen
und somit auch die relativen Stellungen von Lineareinheit,
Distanzmeßköpfen und Spannvorrichtung zu bestimmen, so daß
eine exakte Justage von diesen Teilen nicht mehr notwendig
ist. Der Aufwand bei der Herstellung einer solchen
Vorrichtung wird somit weiter verringert. Auch die Festlegung
der Längenskala, insbesondere der Nullage, der Lineareinheit
kann anhand eines Eichkörpers oder aber auch anhand
charakteristischer Stellen des Werkstückes selbst,
beispielsweise an einem Einstich, vorzugsweise selbsttägig
von der Computeranlage vorgenommen werden.
Vorteilhafterweise wird die Lineareinheit als
Kugelspindeleinheit mit einem Wegmeßsystem gewählt. Derartige
Lineareinheiten, die im Handel erhältlich sind, gewährleisten
einen leichten Lauf bei sehr hoher Präzision.
Die Spannvorrichtung kann mit zwei prismenförmigen
Parallelgreifern versehen sein, so daß ein
rotationssymmetrisches Werkstück automatisch während des
Spannvorgangs korrekt zentriert wird.
Selbstverständlich kann die Einspannung auch zwischen zwei
Spitzen, beispielsweise eines Spindel- und eines Reitstockes,
oder auf andere Weise bewerkstelligt werden.
Eine Vorrichtung wie vorstehend beschrieben kann nicht nur
zum kompletten Vermessen eines Werkstücks eingesetzt werden,
sondern ebenfalls für einen schnellen Prüfvorgang, bei dem
bestimmte lokale Stellen des Werkstücks gezielt oder,
eventuell über einen Zufallsgenerator bestimmt,
stichprobenartig angefahren werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird anhand der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es zeigen die
Fig. 1 bis 3 verschiedene schematische
perspektivische Darstellungen der
erfindungsgemäßen Vorrichtung aus
verschiedenen Blickwinkeln.
In der Meß- und/oder Prüfvorrichtung der Fig. 1 bis 3 ist
ein Werkstück 2 zum Vermessen und/oder Prüfen in einer
Spannvorrichtung 4 mit zwei prismenförmigen Parallelgreifern
4, 5 eingespannt. Die Spannvorrichtung ist über ein nicht
dargestelltes Rahmengestell fest oder drehbar mit einem
Linearantrieb 6 verbunden. Der Linearantrieb 6, der als
Kugelspindel ausgeführt sein kann, ist mit einem Schrittmotor
7 und einem Transportschlitten 8 versehen. Am
Transportschlitten 8 sind über vier Halterungen 9 bis 12 vier
Distanzmeßköpfe 13 bis 16 befestigt.
Die Distanzmeßköpfe 13 bis 16, der Schrittmotor 7 sowie,
falls vorgesehen, das Wegmeßsystem der Lineareinheit 6 und
der Drehantrieb mit Winkelerfassungseinheit der
Spannvorrichtung 3 sind mit einer Computeranlage verbunden.
Diese steuert die beschriebene Vorrichtung 1 so, daß der
Prüfling 2 entweder komplett oder an bestimmten Stellen von
den Distanzmeßköpfen 13 bis 16 abgetastet wird.
Die Eichung der Vorrichtung kann über einen Eichkörper, der
anstelle des Werkstücks 2 in die Vorrichtung eingespannt
wird, erfolgen. Durch einen derartigen Eichkörper können
Abweichungen von einer exakt rechtwinkligen Anordnung der
Distanzmeßköpfe kompensiert sowie die genaue relative
Position zwischen Spannvorrichtung 3 und Lineareinheit 6
erfaßt und bei der Auswertung der Meßdaten einbezogen werden.
Mögliche Ungenauigkeiten können einmal von der nicht
dargestellten Rechenanlage erfaßt und bei allen künftigen
Messungen berücksichtigt werden. Durch derartige Maßnahmen ist
bei der Montage der Vorrichtung 1 keine hochgenaue Justage,
beispielsweise bezüglich der Parallelität der Achsen A1 bzw.
A2 der Lineareinheit bzw. der Spannvorrichtung 3,
erforderlich.
Durch eine Drehung der Spannvorrichtung 3 um die Achse A2 des
Werkstücks 2 (s. Doppelpfeil W) und die Verschiebung der
Meßköpfe 13 bis 16 über die Lineareinheit 6 in Richtung der
Achse A1 der Lineareinheit 6 (Doppelpfeil L) kann der
Prüfling 2 vollständig abgerastert werden.
Die Distanzmeßköpfe 13 bis 16 erfassen ihren jeweiligen
Abstand D1 bis D4 vom Werkstück 2. Da der Abstand zwischen
gegenüberliegenden Distanzmeßköpfen 13, 15 bzw. 16, 14
bekannt ist, kann durch die gemessenen Abstände D1, D3 bzw.
D2, D4 jeweils zweier gegenüberliegender Meßköpfe 13, 15 bzw.
14, 16 der Durchmesser des Werkstücks 2 an dieser Stelle
unmittelbar erfaßt werden.
Durch Drehen des Werkstücks 2, beispielsweise um 90°, kann
die Abweichung in der Einspannung des Werkstücks 2 von der
gewünschten achsenparallelen Ausrichtung zur Lineareinheit 6
ermittelt und unmittelbar rechnerisch in der Computeranlage
kompensiert werden.
Bezugszeichenliste
1 Meß- oder Prüfvorrichtung
2 Werkstück
3 Spannvorrichtung
4 Parallelgreifer
5 Parallelgreifer
6 Linearantrieb
7 Schrittmotor
8 Transportschlitten
9 Halterungen
10 Halterungen
11 Halterungen
12 Halterungen
13 Distanzmeßköpfe
14 Distanzmeßköpfe
15 Distanzmeßköpfe
16 Distanzmeßköpfe
2 Werkstück
3 Spannvorrichtung
4 Parallelgreifer
5 Parallelgreifer
6 Linearantrieb
7 Schrittmotor
8 Transportschlitten
9 Halterungen
10 Halterungen
11 Halterungen
12 Halterungen
13 Distanzmeßköpfe
14 Distanzmeßköpfe
15 Distanzmeßköpfe
16 Distanzmeßköpfe
Claims (13)
1. Vorrichtung zur berührungslosen Prüfung und/oder
Vermessung von im wesentlichen rotationssymmetrischen
Werkstücken, wie Drehteile, Wellen, Achsen oder dergleichen,
mit einer Spannvorrichtung zum Einspannen der Werkstücke,
einer Tasteinheit zum Abtasten des Werkstückes und einer
Positioniereinheit zur Positionierung der Abtasteinheit in
Bezug zum Werkstück und zur Positionierung des Werkstücks in
Bezug zur Abtasteinheit, dadurch gekennzeichnet, daß ein
berührungslos arbeitender Distanzmeßkopf (13 bis 16) als
Tasteinheit zur Messung des Abstandes (D1 bis D4) des
Werkstücks (2) von dem Distanzmeßkopf (13 bis 16) vorhanden
ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
zwei oder mehrere Distanzmeßköpfe (13 bis 16) vorhanden sind.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Abstandsmeßköpfe
(13, 15) bzw. (14, 16) auf einander gegenüberliegenden Seiten
des Werkstücks (2) angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Distanzmeßkopf oder die
Distanzmeßköpfe (13 bis 16) als Lasertastköpfe ausgebildet
sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Distanzmeßkopf oder die
Distanzmeßköpfe (13 bis 16) mit einer Halterung (9 bis 12) an
einer steuerbaren Lineareinheit (6) befestigt sind, deren
Achse (A1) im wesentlichen parallel zur Achse (A2) des
Werkstücks (2) steht.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Spannvorrichtung (3) und/oder
die Halterung (9 bis 12) eines oder mehrerer Distanzmeßköpfe
(13 bis 16) an der Lineareinheit (6) mittels einer
Dreheinheit drehbar sind.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Lineareinheit (6) zur
Durchführung von Schrittweiten in der Linearverschiebung
ausgelegt ist, die kleiner als 10 µm sind.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des abtastenden
Laserstrahls eines Distanzmeßkopfes (13 bis 16) am
Auftreffort auf dem Werkstück (2) wenigstens in Richtung der
Längsachse (A1) der Lineareinheit schmaler als 10 µm ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Dreheinheit abhängig vom
Durchmesser (D) des Werkstücks (2) so ausgelegt ist, daß die
Winkelschritte Δω der Drehung um die Achse (A2) des
Werkstücks (2) in Grad gemessen mit
durchführbar sind.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Lineareinheit (6) und/oder
die Dreheinheit von einer Computeranlage steuer- bzw.
regelbar sind.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Computeranlage zur Auswertung
der Steuerparamenter und/oder Meßergebnisse der
Abstandsmeßköpfe (13 bis 16) eingerichtet ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Lineareinheit (6) eine
Kugelspindeleinheit mit Wegmeßsystem ist.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Spannvorrichtung (3) zwei
prismenförmige Parallelgreifer (4) aufweist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4319898A DE4319898A1 (de) | 1993-06-16 | 1993-06-16 | Vorrichtung zur berührungslosen Prüfung und/oder Vermessung von rotationssymmetrischen Werkstücken |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4319898A DE4319898A1 (de) | 1993-06-16 | 1993-06-16 | Vorrichtung zur berührungslosen Prüfung und/oder Vermessung von rotationssymmetrischen Werkstücken |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4319898A1 true DE4319898A1 (de) | 1994-12-22 |
Family
ID=6490429
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4319898A Withdrawn DE4319898A1 (de) | 1993-06-16 | 1993-06-16 | Vorrichtung zur berührungslosen Prüfung und/oder Vermessung von rotationssymmetrischen Werkstücken |
Country Status (1)
Country | Link |
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