DE3703425A1 - Automated objective measurement of gear wheels - using non-directional opto-electronic sensors and defined sampling strategies enabling computerised evacuation - Google Patents
Automated objective measurement of gear wheels - using non-directional opto-electronic sensors and defined sampling strategies enabling computerised evacuationInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen von Zahnrädern mittels optisch messenden Mehrkoordinatenmeßgeräten.The invention relates to a method for measuring Gears by means of optically measuring multi-coordinate measuring devices.
In der Praxis werden komplizierte Meßobjekte, z. B. Zahnräder oder Gewinde mit geringer Steigung, durch Koordinatenmessungen vermessen, indem an den Strukturkanten, die in einer Zwischenbildebene eines Profilprojektors oder Meßmikroskopes sichtbar gemacht werden. Dabei werden durch Anlegen einer Visierlinie oder eines Visierkreuzes an einen anzumessenden Punkt der abgebildeten Struktur die Koordinaten x i , y i , z i dieses Punktes gewonnen (Lehmann "Leitfaden der Längenmeßtechnik", Verlag Technik, Berlin 1960, 351 ff.). Diese Messungen erfolgen statisch und sind mit subjektiven Meßfehlern behaftet und erfordern einen großen Zeitaufwand.In practice, complicated measuring objects, e.g. B. gears or threads with a small pitch, measured by coordinate measurements by the structural edges that are made visible in an intermediate image plane of a profile projector or measuring microscope. The coordinates x i , y i , z i of this point are obtained by applying a sight line or a sight cross to a point of the structure shown (Lehmann "Guide to Length Measurement Technology", Verlag Technik, Berlin 1960, 351 ff.). These measurements take place statically and are subject to subjective measurement errors and require a great deal of time.
Es ist bekannt, Strukturen und auch Körperkanten mit optoelektronischen Sensoren in Verbindung mit Mehrkoordinatenmeßgeräten abzutasten, um eine objektivierte Übernahme der Koordinaten von Meßpunkten an beliebig gerichteten Strukturen zu ermöglichen (DD-PS 2 24 401). It is known to have structures and also body edges optoelectronic sensors in connection with multi-coordinate measuring devices sample to an objectified takeover the coordinates of measuring points at any direction To enable structures (DD-PS 2 24 401).
Mit diesen Anordnungen ist eine dynamische Messung prinzipiell möglich. Sie ist jedoch, speziell bei komplizierten Meßobjekten, wie z. B. Zahnräder es sind, noch mit beträchtlichem Zeitaufwand verbunden, weil es erforderlich ist, die zu einem Formelement gehörenden Meßpunkte nacheinander aufzunehmen, zu speichern und die definierten Abweichungen zu berechnen und auszugeben. Es sind ferner Vorrichtungen zum Prüfen von Verzahnungen, speziell zur Prüfung der Flankenform bekannt, bei denen die Zahnflanken mechanisch durch Taster abgetastet werden, wobei diese Taster so bewegt werden, daß die Tastfinger der Taster der Sollflanke folgen. Durch einen Soll-Ist-Vergleich der ermittelten Daten werden die Flankenformabweichungen errechnet (DE-OS 23 64 916; DE-AS 19 26 165; DE-OS 23 33 502). Grundsätzlich erfordern diese Vorrichtungen einen hohen Aufwand in Bezug auf die exakte Bewegung und Führung der Taster.With these arrangements is a dynamic measurement in principle possible. However, it is, especially with complicated ones DUTs, such as B. gears are still there time consuming because it is required is the measuring points belonging to a shaped element consecutively record, save and the to calculate and output defined deviations. There are also devices for testing gears, specifically known for testing the flank shape, at which the tooth flanks are mechanically scanned by buttons are, these buttons are moved so that the tracer fingers of the tracers follow the target flank. By a target-actual comparison of the determined data the flank shape deviations are calculated (DE-OS 23 64 916; DE-AS 19 26 165; DE-OS 23 33 502). Basically require these devices involve a lot of effort on the exact movement and guidance of the buttons.
Es ist deshalb Ziel der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und vor allem den Zeitaufwand beim Vermessen von Zahnrädern zu senken und die Messungen selbst zu objektivieren.It is therefore an object of the invention to overcome the disadvantages of Eliminate the state of the art and, above all, the time required when measuring gears and lowering the To objectify measurements yourself.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Messen von Zahnrädern zu schaffen, mit welchem unter Verwendung richtungsunabhängig messender opto- elektronischer Sensoren und unter Anwendung bestimmter Antaststrategien eine automatisierte objektivierte Messung von derartige Meßobjekten erreicht werden kann. The invention has for its object a method for Measuring gears to create which one using direction-independent measuring opto- electronic sensors and using certain Probing strategies an automated objectified Measurement of such objects can be achieved.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren
zum Messen von Zahnrädern, bei welchem das zu prüfende
Zahnrad auf einem Koordinatenmeßgerät aufgenommen und
durch opto-elektronische Sensoren koordinatenmäßig abgetastet
wird, und die ermittelten Meßwerte in einem Rechner
mit gespeicherten, als fehlerfrei angenommenen Werten verglichen
werden, wobei aus den ermittelten Abweichungen
die Fehler der das Zahnrad bestimmenden Parameter ermittelt
werden, dadurch gelöst, daß ausgehend von einem, etwa
im Teilkreis einer ersten, zur Auswertung ausgewählten Bezugsflanke
innerhalb einer Bezugsstrecke festgelegten und
auf die Achse des Zahnrades bezogenen ersten Bezugspunkt
P A die innerhalb der Bezugsstrecke liegenden Rechts- und
Linksflanken durch den Sensor fotoelektrisch zeilenweise
in festgelegten Zeilenabständen Δ x oder Δ y zwischen
dem Kopf- und dem Fußkreis des Zahnrades oder kreis- oder
polygonförmig relativ zur Achse des Zahnrades abgetastet
und die so ermittelten Meßwerte in einem Rechner gespeichert
werden, wobei die Länge der Bezugsstrecke gleich
der Zahnweite W ist,
daß zur Auswertung der ermittelten Meßwerte vom Bezugspunkt
P A die zur Bezugsflanke gehörenden Meßwerte durch
zwei Sollflanken eingegrenzt werden, die vom Bezugspunkt
P A um einen, auf den Teilkreis des Zahnrades bezogenen
Bogen -F P entfernt sind oder die mit Hilfe zweier zu F P
gehörender und auf die Achse des Zahnrades bezogener Winkel
±e die Sollagen der Zahnflanken des Zahnrades festlegen,
wobei der Abstand zwischen der Rechts- und der
Linksflanke eines Zahnes gleich ist, worin m der
Modul, z die Zähnezahl und F P die Summenteilungsabweichung
sind,
daß dann durch Drehung der zur Bezugsflanke gehörenden
Sollflanken um die Achse des Zahnrades im Bereich der
Zahnweite W um jeweils einen Teilungswinkel ϕ =
die zu gleichgerichteten Zahnflanken gehörenden Meßwerte
aus der Gesamtmenge der Meßwerte durch den Rechner selektiert
und zu entsprechenden Formelementen bzw. Zahnradparameter
verdichtet und weiterverarbeitet werden.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Zahnrad durch die Sensoren
in vier Quadranten in Richtung der Koordinaten des
Meßgerätes abgetastet wird.According to the invention, this object is achieved in a method for measuring gearwheels, in which the gearwheel to be tested is recorded on a coordinate measuring machine and is scanned in terms of coordinates by optoelectronic sensors, and the measured values determined are compared in a computer with stored values assumed to be error-free, whereby The errors of the parameters determining the gearwheel are determined from the deviations ascertained, in that, starting from a first reference point P A, which is defined within a reference path, for example in the pitch circle of a first reference edge selected for evaluation and is related to the axis of the gearwheel, the within Right and left flanks of the reference distance are scanned by the sensor photoelectrically line by line at fixed line intervals Δ x or Δ y between the top and bottom circle of the gear or circular or polygonal relative to the axis of the gear and the measured values determined in this way Computers are stored, the length of the reference distance being equal to the tooth width W ,
that for the evaluation of the measured values determined from the reference point P A, the measured values belonging to the reference flank are limited by two nominal flanks, which are distant from the reference point P A by one arc - F P related to the pitch circle of the gearwheel, or that with the help of two belonging to F P and angle ± e related to the axis of the gearwheel define the nominal positions of the tooth flanks of the gearwheel, the distance between the right and left flanks of a tooth being the same, where m is the module, z the number of teeth and F P is the total division deviation,
that the rotation of the reference flanks belonging to the reference flank about the axis of the gear in the area of the tooth width W by a pitch angle ϕ = the measured values belonging to rectified tooth flanks are selected by the computer from the total quantity of measured values and are compressed and processed into corresponding shaped elements or gear parameters will. It is advantageous if the gear wheel is scanned by the sensors in four quadrants in the direction of the coordinates of the measuring device.
Es ist ferner vorteilhaft, wenn die Größe der Zeilenabstände Δ x und Δ y in Abhängigkeit vom Modul m oder einer gewünschten Anzahl von Meßpunkten über der Zahnhöhe dimensioniert sind.It is also advantageous if the size of the line spacing Δ x and Δ y are dimensioned as a function of the module m or a desired number of measuring points above the tooth height.
Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird es ermöglicht, insbesondere Zahnräder weitestgehend automatisch und objektiviert auf mit fotoelektrischen Sensoren ausgerüsteten Koordinatenmeßgeräten zu prüfen. Dabei werden grundsätzlich und rechnergestützt alle wesentlichen Verzahnungsabweichungen ermittelbar.By using the method according to the invention, it becomes enables, especially gears largely automatically and objectified with photoelectric sensors equipped coordinate measuring machines to check. Basically and computer-based all essential Gear deviations can be determined.
Die Erfindung soll nachstehend ausführlicher anhand der Zeichnung erläutert werden. In der Zeichnung zeigen Fig. 1 ein zeilenweise abgetastetes Zahnrad und Fig. 2 die Winkelverhältnisse an einem Zahn des Zahnrades.The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. In the drawing, FIG. 1 shows a gear wheel scanned line by line and FIG. 2 shows the angular relationships on a tooth of the gear wheel.
Bei dem Verfahren zum Prüfen von Zahnrädern werden die zu prüfenden Zahnräder 1 auf dem Tisch eines mit opto-elektronischen Sensoren ausgerüsteten Koordinatenmeßgerätes aufgenommen und durch diese Sensoren lichtelektrisch abgetastet. Die so ermittelten Meßwerte werden einem Rechner, in welchem alle zur Berechnung der Zahnweite W und anderer zur Berechnung der Zahnradgeometrie notweniger Parameter, wie Modul m, Zähnezahl z, Eingriffswinkel α, Profilverschiebungsfaktor x u. a., gespeichert sind. Weitere Größen, wie z. B. die Summenteilungsabweichung F P , deren Betrag entsprechend der Qualität des Zahnrades festgelegt ist, werden ebenfalls als bekannte Größen in den Rechner eingegeben.In the method for testing gear wheels, the gear wheels 1 to be tested are recorded on the table of a coordinate measuring machine equipped with optoelectronic sensors and are scanned by these sensors in a photoelectrical manner. The measured values determined in this way are stored in a computer in which all the parameters required for calculating the tooth width W and other parameters for calculating the gearwheel geometry, such as module m , number of teeth z , pressure angle α , profile displacement factor x, etc., are stored. Other sizes, such as B. the total division deviation F P , the amount of which is determined according to the quality of the gear, are also entered as known quantities in the computer.
Gemäß dem Verfahren werden ausgewählte Zähne 2; 3; 4 des Zahnrades 1 (Fig. 1) in, durch die Koordinaten X; Y des Meßgerätes vorgegebenen Vorzugsrichtungen automatisch durch die opto-elektronischen Sensoren überfahren. Dabei wird zunächst eine Bezugsflanke 5 des Zahnrades 2 in einem etwa im Teilkreis des Zahnrades 1 liegenden Bezugspunkt P A angetastet und die so ermittelten Meßwerte, die den Koordinaten dieses Bezugspunktes P A entsprechen und auf die Koordinaten X M ; Y M ; Z M der Achse M des Zahnrades 1 bezogen werden, im Rechner gespeichert.According to the method, selected teeth 2; 3; 4 of the gear 1 ( Fig. 1) in, by the coordinates X; Y of the measuring device automatically overruns the preferred directions given by the optoelectronic sensors. First, a reference flank 5 of the gearwheel 2 is probed at a reference point P A lying approximately in the pitch circle of the gearwheel 1 and the measurement values determined in this way, which correspond to the coordinates of this reference point P A and to the coordinates X M ; Y M ; Z M of the axis M of the gear 1 are referenced, stored in the computer.
Von dem Bezugspunkt P A an der Bezugsflanke 5 ausgehend, werden die Rechts- und Linksflanken von Zähnen 2; 3; 4, die sich innerhalb einer festgelegten Bezugsstrecke befinden, in festgelegten Zeilenabständen Δ x oder Δ y zwischen dem Kopf- und Fußkreis des Zahnrades 1 abgetastet, wobei die Bezugsstrecke zweckmäßigerweise gleich der Zahnweite W ist, die aus gespeicherten Zahnraddaten errechnet wird. Die Abtastung kann auch auf entsprechenden Kreisbögen oder auf Polygonzügen in bestimmten Zeilenabständen um die Achse M des Zahnrades 1 herum erfolgen. Die so durch Abtastung der Zahnflanken des Zahnrades erhaltenen Meßwerte, die die Koordinaten der Abtastpunkte im Koordinatensystem X, Y des Meßgerätes repräsentieren, werden dem Rechner zugeführt und dort gespeichert.Starting from the reference point P A at the reference flank 5 , the right and left flanks of teeth 2; 3; 4, which are located within a fixed reference distance, are scanned at fixed line intervals Δ x or Δ y between the top and bottom circle of the gear 1 , the reference distance advantageously being equal to the tooth width W , which is calculated from stored gear data. The scanning can also take place on corresponding circular arcs or on polygon courses at certain line intervals around the axis M of the gearwheel 1 . The measurement values thus obtained by scanning the tooth flanks of the gear wheel, which represent the coordinates of the scanning points in the coordinate system X, Y of the measuring device, are fed to the computer and stored there.
Zur Auswertung der zur Bezugsflanke 5 gehörenden Meßwerte werden im Rechner durch zwei Sollflanken 6; 7 (Fig. 2) eingegrenzt, welche vom Bezugspunkt P A um einen auf dem Teilkreis des liegenden Bogens entfernt sind, der der Summenteilungsabweichung F P entspricht, oder mit Hilfe zweier zu F P gehörender und auf die Achse M bezogener Winkel ±ε einen Grenzbereich durch Zahnflanken des Zahnes 2 festlegen. Analog dazu wird ein Grenzbereich durch die Sollflanken 9; 10 der Rechtsflanke 8 des Zahnes 2 festgelegt, wobei der Abstand der Rechts- und Linksflanke des Zahnes 2 auf dem Teilkreis gleich ist, worin m der Modul und z die Zähnezahl sind.For the evaluation of the members of the reference edge 5 measured values are in the computer by means of two target edges 6; 7 ( FIG. 2), which are distant from the reference point P A by one on the pitch circle of the lying arc, which corresponds to the sum division deviation F P , or with the aid of two angles ± ε belonging to F P and related to the axis M a limit range by tooth flanks of tooth 2 . Analogously, a limit area is defined by the desired edges 9; 10 of the right flank 8 of tooth 2 is set, the distance between the right and left flanks of tooth 2 on the pitch circle being the same, where m is the module and z is the number of teeth.
Durch rechnerische Drehung der Bezugsflanke 5 und ihrer Sollflanken 6 und 7 sowie 9 und 10 um die Achse M um einen Teilungswinkel ϕ = bzw. durch Transformation der Sollflanken 6 und 7 sowie 9 und 10 werden die Sollflanken des Zahnes 3 und durch weitere Drehung um die Sollflanken der innerhalb der Bezugsstrecke liegenden Zähne 4 usw. festgelegt, d. h. es wird an jeder Istflanke des Zahnrades 1 durch die Sollflanken ein Bereich eingegrenzt, der zur Selektierung der durch die Abtastung der Istflanken ermittelten Meßwerte und deren Zuordnung zu den einzelnen Formelementen des Zahnrades, wie z. B. den Rechts- und Linksflanken der einzelnen Zähne dient.By arithmetical rotation of the reference flank 5 and its nominal flanks 6 and 7 and 9 and 10 about the axis M by a pitch angle ϕ = or by transformation of the nominal flanks 6 and 7 as well as 9 and 10 , the nominal flanks of the tooth 3 and by further rotation around the Desired flanks of the teeth 4 lying within the reference distance, etc., that is, an area is delimited on each actual flank of the gear 1 by the desired flanks, which is used to select the measured values determined by the scanning of the actual flanks and their assignment to the individual shaped elements of the gear, such as e.g. B. serves the right and left flanks of the individual teeth.
Aus den, den einzelnen Zahnflanken zugeordneten Meßwerten bzw. aus den Koordinaten der einzelnen Meßpunkte, die aus den durch Abtastung ermittelten Meßwerten gewonnen werden, sind die Abweichungen des Zahnrades, wie z. b. Abweichungen der Evolvente, der Zahndicke oder der Teilung durch den Rechner bestimmt und ausgegeben werden.From the measured values assigned to the individual tooth flanks or from the coordinates of the individual measuring points the measured values determined by scanning are obtained, are the deviations of the gear, such as. b. Deviations the involute, the tooth thickness or the division by the Calculator can be determined and output.
Für die Ermittlung von Zahnprofilen sind lineare Bewegungen der Sensoren während der Abtastung des Zahnrades am günstigsten. Deshalb erfolgen die Messungen auch in den Richtungen der Koordinaten -X; -Y; +X; +Y des verwendeten Koordinatenmeßgerätes. Linear movements of the sensors during the scanning of the gearwheel are most favorable for the determination of tooth profiles. Therefore, the measurements are also made in the directions of the coordinates - X ; - Y ; + X ; + Y of the coordinate measuring machine used.
Bei der Abtastung gemäß dieser Strategie werden bei Zahnrädern mit kleiner Zähnezahl mindestens vier gleichmäßig über den Umfang verteilte Zähne abgetastet, bei allen anderen Zahnrädern alle im Bereich der Zahnweite W liegende Zähne. Die Größe der Zeilenabstände Δ oder Δ y richtet sich vor allem nach dem Modul m des Zahnrades 1 und der gewünschten Anzahl von Meßpunkten über der Zahnhöhe.When scanning according to this strategy, gear wheels with a small number of teeth at least four evenly teeth scanned over the circumference, with all others Gears all in the range of the teethW lying Teeth. The size of the line spacingΔ orΔ y judges especially after the modulem of the gear1 and the desired number of measuring points above the tooth height.
Sollen alle Zähne eines Zahnrades abgetastet werden, was z. B. zur Ermittlung der Kreisteilung und Zahndicke notwendig ist, so ist es vorteilhaft, den Sensor kreis- oder polygonförmig relativ zur Achse des Zahnrades über die Zähne zu bewegen. Dadurch werden alle Zahnflanken des Zahnrades unter gleichen günstigen Richtungen durch den Sensor abgetastet und eine sichere Ermittlung der Meßwerte gewährleistet. Diese Methode arbeitet schnell und zuverlässig auch die geometrischen, d. h. die mit der Außenmittigkeit der Verzahnungsachse behafteten Abweichungen von Teilung und Zahndicke, wobei der Anteil der Außermittigkeit mittels des Rechners eliminiert werden kann.Should all teeth of a gear be scanned, what e.g. B. necessary to determine the circle pitch and tooth thickness is, it is advantageous to circle or the sensor polygonal relative to the axis of the gear over the Moving teeth. This will remove all tooth flanks of the gear under the same favorable directions through the sensor scanned and a reliable determination of the measured values guaranteed. This method works quickly and reliably also the geometrical, d. H. the one with the off center deviations from pitch affecting the tooth axis and tooth thickness, the proportion of the eccentricity using of the computer can be eliminated.
Claims (3)
daß ausgehend von einem etwa im Teilkreis einer ersten, zur Auswertung ausgewählten Bezugsflanke innerhalb einer Bezugsstrecke festgelegten und auf die Achse des Zahnrades bezogenen ersten Bezugspunkt P A die innerhalb der Bezugsstrecke liegenden Rechts- und Linksflanken durch den Sensor fotoelektrisch zeilenweise in festgelegten Zeilenabständen Δ x oder Δ y zwischen dem Kopf- und dem Fußkreis des Zahnrades oder kreis- oder polygonförmig relativ zur Achse des Zahnrades abgetastet und die so ermittelten Meßwerte in einem Rechner gespeichert werden, wobei die Länge der Bezugsstrecke gleich der Zahnweite W ist,
daß zur Auswertung der ermittelten Meßwerte von Bezugspunkt P A die zur Bezugsflanke gehörenden Meßwerte durch zwei Sollflanken eingegrenzt werden, die vom Bezugspunkt P A um einen, auf den Teilkreis des Zahnrades bezogenen Boden ±F P entfernt sind oder die mit Hilfe zweier zu F P gehörender und auf die Achse des Zahnrades bezogener Winkel ±ε die Sollagen der Zahnflanken des Zahnrades festlegen, wobei der Abstand zwischen der Rechts- und der Linksflanke eines Zahnes gleich ist, worin m der Modul, z die Zähnezahl und F P die Summenteilungsabweichung sind,
daß dann durch Drehung der zur Bezugsflanke gehörenden Sollflanken um die Achse des Zahnrades im Bereich der Zahnweite W um jeweils einen Teilungswinkel ϕ = die zu gleichgerichteten Zahnflanken gehörenden Meßwerte aus der Gesamtmenge der Meßwerte durch den Rechner selektiert und zu entsprechenden Formelementen bzw. Zahnradparameter verdichtet und weiterverarbeitet werden.1. Method for measuring gearwheels, in which the gearwheel to be tested is recorded on a coordinate measuring machine and scanned in terms of coordinates by optoelectronic sensors, and the measured values determined are compared in a computer with stored values assumed to be error-free, with the deviations determined the errors of the parameters determining the gearwheel are determined, characterized in that
that, starting from a first reference point P A, which is approximately in the pitch circle of a first reference edge selected for evaluation and defined on the axis of the gearwheel, and the axis of the gearwheel, the right and left flanks lying within the reference distance are photoelectrically line-by-line at predetermined line intervals Δ x or Δ by the sensor y is scanned between the top and bottom circle of the gear wheel or in a circular or polygonal shape relative to the axis of the gear wheel and the measured values determined in this way are stored in a computer, the length of the reference distance being equal to the tooth width W ,
that for evaluating the measured values determined from reference point P A, the measured values belonging to the reference flank are limited by two nominal flanks, which are distant from the reference point P A by a base ± F P related to the pitch circle of the gearwheel or which are associated with F P with the aid of two and the angle ± ε related to the axis of the gearwheel define the nominal positions of the tooth flanks of the gearwheel, the distance between the right and left flanks of a tooth being the same, where m is the module, z the number of teeth and F P is the total division deviation,
that the rotation of the reference flanks belonging to the reference flank about the axis of the gear in the area of the tooth width W by a pitch angle ϕ = the measured values belonging to rectified tooth flanks are selected by the computer from the total quantity of measured values and are compressed and processed into corresponding shaped elements or gear parameters will.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: CARL ZEISS JENA GMBH, O-6900 JENA, DE |
|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8131 | Rejection |