CH659127A5

CH659127A5 - METHOD FOR TESTING THE TOOTHED FRAME PROFILE OF GEARS AND DEVICE FOR CARRYING OUT THIS METHOD.

Info

Publication number: CH659127A5
Application number: CH276082A
Authority: CH
Inventors: Hans-Ulrich Bertz
Original assignee: Hoefler Willy
Priority date: 1981-06-30
Filing date: 1982-05-05
Publication date: 1986-12-31
Also published as: DE3125693C2; DE3125693A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen des Zahnflankenprofils von Zahnrädern durch ein transportables Prüfgerät mit einem in einer senkrecht zur Zahnradachse laufenden Ebene verstellbaren Orientierungsfühler, wobei das Prüfgerät nivelliert und danach seine Position relativ zu dem zu prüfenden Zahnrad bestimmt wird, indem der Orientierungsfühler in Zahnlücken des Zahnrades bis zur beidseitigen Flankenanlage eingefahren wird und durch Messung verschiedener Positionen des eingefahrenen Orientierungsfühlers die gesuchte Position des Prüfgerätes mittels eines Rechners unter Mittelwertbildung der aus den verschiedenen Orientierungsfühler-Positionen sich ergebenden Prüfgeräteposition errechnet wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. The invention relates to a method for testing the tooth flank profile of gears by means of a portable test device with an orientation sensor which can be adjusted in a plane running perpendicular to the gear wheel axis, the test device being leveled and then its position relative to the gear wheel to be tested being determined by the orientation sensor being in tooth gaps Gear is retracted up to the flank system on both sides and by measuring different positions of the retracted orientation sensor, the sought position of the test device is calculated by means of a computer while averaging the test device position resulting from the different orientation sensor positions. The invention further relates to a device for performing this method.

Bei der Prüfung von Zahnrädern mit grossen Durchmessern bedient man sich vorzugsweise transportabler Prüfgeräte, damit das Zahnrad direkt in der Verzahnungsmaschine geprüft werden kann und nicht auf das Prüfgerät umgespannt werden muss. Ausserdem haben transportable Prüfgeräte den Vorteil, dass die Zahnräder auch vor Ort geprüft werden können, d.h., wenn sie in eine Maschine eingebaut sind. When testing gearwheels with large diameters, portable test devices are preferably used so that the gearwheel can be tested directly in the gear cutting machine and does not have to be reclamped onto the test device. In addition, portable test devices have the advantage that the gears can also be tested on site, i.e. if they are installed in a machine.

Bei derartigen transportablen Prüfgeräten besteht ein Hauptproblem darin, dass das Prüfgerät in eine definierte Bezugsposition zu dem zu prüfenden Zahnrad gebracht werden muss. Denn nur dann, wenn die Prüfgeräteposition relativ zum Zahnrad exakt bekannt ist, kann das Abtasten der Zahnflanken Aufschluss über eventuelle Verzahnungsfehler und deren Ausmass geben. A major problem with such portable test devices is that the test device has to be brought into a defined reference position with respect to the gear wheel to be tested. Because only when the position of the tester relative to the gear is known can the scanning of the tooth flanks provide information about possible gearing errors and their extent.

Der Stand der Technik enthält bereits verschiedene Vorschläge, um das Prüfgerät hinsichtlich des zu prüfenden Zahnrades auszurichten und seine Position zu erfassen. Durch die DE-OS 2 952 497 ist ein Verfahren mit den eingangs genannten Merkmalen bekanntgeworden. Dabei wird das Prüfgerät zunächst so gegenüber dem zu prüfenden Zahnrad ausgerichtet, dass die Verstellebene seines Orientierungsfühlers senkrecht zur Zahnradachse steht. Danach wird der Orientierungsfühler in eine Zahnlücke eingefahren, bis er an den beiden benachbarten Zahnflanken dieser Zahnlücke anliegt. Sodann wird das Zahnrad unter Mitnahme des Orientierungsfühlers um seine Achse gedreht, wobei die dabei stattfindende Verschiebung des Orientierungsfühlers gemessen und aus diesen Messungen die Position des Orientierungsfühlers bzw. des Prüfgerätes relativ zum Zahnrad errechnet wird. Die Drehung des Zahnrades erfolgt in der Weise, dass der Orientierungsfühler zunächstzum Prüfgerät hin verschoben wird, bis die den Fühler enthaltende Zahnlücke ihren Kulminationspunkt relativ zum Prüfgerät erreicht hat, worauf sich der Orientierungsfühler wieder vom Prüfgerät entfernt. Dieser Umkehrpunkt wird gemessen, und hieraus lässt sich in Verbindung mit der ebenfalls gemessenen Ausgangsstellung des Orientierungsfühlers zu Beginn der Drehbewegung die Position des Prüfgerätes relativ zum Zahnrad errechnen. Man erhält so die Koordinaten eines ausgezeichneten Punktes des Prüfgerätes, etwa seines Messfühlers in bezug auf ein von der Zahnradachse ausgehendes, senkrecht zu ihr verlaufendes Koordinatensystem. The prior art already contains various suggestions for aligning the test device with respect to the gear wheel to be tested and for detecting its position. From DE-OS 2 952 497 a method with the features mentioned above has become known. The test device is initially aligned with the gear to be tested so that the adjustment plane of its orientation sensor is perpendicular to the gear axis. The orientation sensor is then inserted into a tooth gap until it is in contact with the two adjacent tooth flanks of this tooth gap. The gearwheel is then rotated about its axis, taking the orientation sensor with it, the displacement of the orientation sensor taking place being measured and the position of the orientation sensor or of the testing device relative to the gearwheel being calculated from these measurements. The gearwheel rotates in such a way that the orientation sensor is first shifted towards the test device until the tooth gap containing the sensor has reached its culmination point relative to the test device, whereupon the orientation sensor moves away from the test device. This reversal point is measured, and from this, in conjunction with the initial position of the orientation sensor, which is also measured, at the start of the rotary movement, the position of the test device relative to the gearwheel can be calculated. In this way, the coordinates of an excellent point of the test device, for example its measuring sensor, are obtained in relation to a coordinate system that starts from the gearwheel axis and runs perpendicular to it.

Da die Bewegungsumkehr des Orientierungsfühlers im Kulminationspunkt nur schwer messbar ist - bei einem Zahnrad von beispielsweise 2 m Durchmesser muss das Rad um etwa 3 mm am Umfang gedreht werden, ehe sich eine Höhenänderung um 1 ji. bemerkbar macht -, wird das Zahnrad bis zu einer jenseits des Kulminationspunktes gelegenen Endstellung weitergedreht, und mit den Koordinaten dieser Endstellung wird die Positionsberechnung des Prüfgerätes wiederholt und ggf. korrigiert. Since the reversal of movement of the orientation sensor at the culmination point is difficult to measure - with a gear wheel, for example 2 m in diameter, the wheel must be turned around 3 mm around the circumference before a change in height of 1 ji. makes noticeable - the gearwheel is rotated further to an end position located beyond the culmination point, and the position calculation of the test device is repeated and, if necessary, corrected with the coordinates of this end position.

Allerdings hat dieses Prüfverfahren den Nachteil, dass die Zahnlücken- bzw. Zahndickenfehler die Positionsbestimmung des Prüfgerätes verfälschen. Ist beispielsweise eine Zahnlücke zu gross, so taucht der Orientierungsfühler tiefer in die Zahnlücke ein. Der Radius des zu prüfenden Zahnrades wird dadurch verfälscht und entsprechend auch die Positionsbestimmung des Prüfgerätes relativ zum Zahnrad. Eine entsprechende Verfälschung in umgekehrter Richtung ergibt sich, wenn die Zahnlücke unterhalb des Sollwertes liegt, der Orientierungsfühler also weniger tief als im Normalfall eindringen kann. Das bedeutet, dass eventuelle Eigenfehler der Verzahnung unmittelbar zu einer ungenauen Positionsbestimmung des Prüfgerätes führen, die gemessene Profilwinkelabweichung weicht von der tatsächlich vorhandenen Profilwinkelabweichung ab, d.h., dass der gemessene Verzahnungsfehler nicht mit dem tatsächlichen Fehler übereinstimmt. Diese Abweichung ist um so grösser, je grösser der Eigenfehler der Verzahnung an denjenigen Flanken ist, die zufälligerweise für die Abstützung des Orientierungsfühlers herangezogen wurden. Dieser Eigenfehler ist mit den bekannten transportablen Messgeräten nicht eliminierbar. Er führt vor allem dann zu einer unzulässig starken Verfälschung des Messergebnisses, wenn die Verzahnung lokal ausserhalb der zulässigen Toleranz liegt. However, this test method has the disadvantage that the tooth gap or tooth thickness errors distort the position determination of the test device. If, for example, a tooth gap is too large, the orientation sensor plunges deeper into the tooth gap. This falsifies the radius of the gear to be tested and accordingly the position determination of the test device relative to the gear. Corresponding falsification in the opposite direction occurs when the tooth gap is below the setpoint, that is, the orientation sensor can penetrate less deeply than in the normal case. This means that any inherent errors in the toothing lead directly to an inaccurate position determination of the test device, the measured profile angle deviation deviates from the actually existing profile angle deviation, i.e. that the measured toothing error does not match the actual error. This deviation is greater, the greater the intrinsic error of the toothing on the flanks that happened to be used to support the orientation sensor. This inherent error cannot be eliminated with the known portable measuring devices. Above all, it leads to an impermissibly strong falsification of the measurement result if the toothing is locally outside the permissible tolerance.

Dieselbe Problematik liegt auch der DE-OS 2 934 347 zugrunde. Dort werden zwei parallel zueinander angeordnete Auflager verwendet, die gleichzeitig in zwei Lücken des zu The same problem is also the basis of DE-OS 2 934 347. There two parallel supports are used, which simultaneously in two gaps of the

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prüfenden Zahnrades eingefahren werden. Diese Ausrichtung des Prüfgerätes wird in derselben Weise wie oben beschrieben, von eventuellen Eigenfehlern der Verzahnung beeinflusst, und unterliegt daher den gleichen prinzipiellen Ungenauigkeiten. testing gear are retracted. This alignment of the test device is influenced in the same way as described above, by any inherent errors in the toothing, and is therefore subject to the same basic inaccuracies.

Hiervon ausgehend, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren mit den eingangs beschriebenen Merkmalen hinsichtlich seiner Messgenauigkeit zu verbessern, insbesondere den Einfluss der Eigenfehler der Verzahnung auf die Prüfgerätegenauigkeit zu verringern. Ausserdem soll durch die vorliegende Erfindung ein Prüfgerät angegeben werden, das sich besonders zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens eignet. Proceeding from this, the present invention is based on the object of improving a method with the features described at the outset with regard to its measuring accuracy, in particular reducing the influence of the inherent errors of the toothing on the testing device accuracy. In addition, the present invention is intended to provide a test device which is particularly suitable for carrying out the method according to the invention.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Zahnrad bei der Messung ortsfest bleibt und der Orientierungsfühler in verschiedene Zahnlücken desselben Zahnrades eingefahren und aus den Orientierungsfühler-Positionen in den verschiedenen Zahnlücken der Mittelwert für die Prüfgeräteposition errechnet wird. According to the invention, this object is achieved in that the gear remains stationary during the measurement and the orientation sensor is moved into different tooth gaps of the same gear and the average value for the test device position is calculated from the orientation sensor positions in the different tooth gaps.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass es zur Erhöhung der Messgenauigkeit nicht ausreicht, verschiedene Positionen des Orientierungsfühlers innerhalb derselben Zahnlücke zur mehrfachen Errechnung der Prüfgeräteposition heranzuziehen, sondern dass sich der verfälschende Einfluss der Verzahnungseigenfehler nur dadurch reduzieren lässt, dass man verschiedene Zahnlücken desselben Zahnrades durchmisst und aus diesen verschiedenen Orientierungsfühler-Positionen einen Mittelwert für die Prüfgeräte-position errechnet. The invention is based on the knowledge that it is not sufficient to increase the measuring accuracy by using different positions of the orientation sensor within the same tooth gap for multiple calculation of the position of the testing device, but that the falsifying influence of the inherent toothing errors can only be reduced by measuring different tooth gaps of the same gear and calculates an average value for the test device position from these different orientation sensor positions.

Im Vergleich zu dem vorbekannten Verfahren ergibt sich, dass dort drei Positionen des Orientierungsfühlers gemessen werden, wobei Eigenfehler der Verzahnung voll auf das Messergebnis durchschlagen, wohingegen beim erfindungsgemässen Verfahren die Positionsmessung des Orientierungsfühlers in beispielsweise vier verschiedenen Zahnlücken statistisch gesehen eine Reduzierung des Eigenfehlers um 50% bedeutet. Neben dieser erhöhten Messgenauigkeit hat die Erfindung darüber hinaus den Vorteil, dass das Zahnrad während der Prüfung nicht gedreht werden muss. Das erfindungsgemässe Prüfverfahren kann daher auch bei solchen Zahnrädern angewendet werden, die in Maschinen eingebaut sind, wo eine Verdrehung aufgrund der meist unzureichend genauen Lagerbohrung die Prüfung verfälschen würde, oder bei solchen Zahnrädern, die auf Lager liegen. Es eignet sich daher insbesondere auch zur Gütekontrolle bei den Kunden. In comparison to the previously known method, it follows that three positions of the orientation sensor are measured there, with intrinsic errors of the toothing having a full impact on the measurement result, whereas in the method according to the invention the position measurement of the orientation sensor in, for example, four different tooth gaps, statistically seen a reduction of the intrinsic error by 50%. means. In addition to this increased measuring accuracy, the invention also has the advantage that the gear does not have to be rotated during the test. The test method according to the invention can therefore also be used in the case of gearwheels which are installed in machines where twisting would distort the test owing to the mostly insufficiently accurate bearing bore, or in the case of gearwheels which are in stock. It is therefore particularly suitable for quality control at customers.

Als Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens hat es sich als besonders zweckmässig erwiesen, anstelle der bisher üblichen Schlittenführungen für die Längs- und Querbewegungen des Orientierungsfühlers eine Drehschieberführung vorzusehen, in der der Orientierungsfühler sowohl verschwenkbar als auch längenverstellbar geführt ist. Diese Lagerung erlaubt bei sehr kompakter Ausbildung das Anfahren auch relativ weit entfernter Zahnlücken. Die ansonsten hierfür notwendigen langen und entsprechend kostspieligen Schlittenführungen erübrigen sich. Ausserdem wird das Prüfgerät durch diese Ausbildung leichter, was gerade für den transportablen Einsatz von besonderer Bedeutung ist. As a device for carrying out the method, it has proven to be particularly expedient to provide a rotary slide guide instead of the previously conventional slide guides for the longitudinal and transverse movements of the orientation sensor, in which the orientation sensor is both pivotable and adjustable in length. With a very compact design, this bearing allows the approaching of tooth gaps that are relatively distant. The long and correspondingly expensive sled guides that are otherwise necessary for this are not necessary. In addition, this tester makes the test device lighter, which is particularly important for portable use.

Um die Koordinaten der Orientierungsfühler-Positionen in den einzelnen Zahnlücken messen zu können, ist der Orientierungsfühler zweckmässig mit einer inkrementalen Längen- und Winkelmesseinrichtung versehen. Die bisher übliche Koordinatenmessung im X/Y-System wird also praktisch durch eine Polarkoordinatenmessung ersetzt. In order to be able to measure the coordinates of the orientation sensor positions in the individual tooth gaps, the orientation sensor is expediently provided with an incremental length and angle measuring device. The previously customary coordinate measurement in the X / Y system is therefore practically replaced by a polar coordinate measurement.

In Weiterbildung des Erfindungsgedankens besteht die Möglichkeit, Orientierungsfühler mit einem austauschbaren, kugelförmigen Endstück vorzusehen, derart, dass dieses Endstück durch einen Messtaster zum Prüfen des Zahnflankenprofils ersetzt werden kann. Das an beiden Zahnflanken anliegende Endstück wird also nach Ermittlung der Prüfgeräteposition durch Einfahren des Orientierungsfühlers in beispielsweise vier Zahnlücken ersetzt durch den Messtaster, der ein wesentlich kleineres, ebenfalls meist kugelförmiges Endstück aufweist, so dass er über die gesamte Zahnflanke vom Zahnfuss bis zum Zahnkopf entlanggeführt werden kann. Diese Kombination des Orientierungsfühlers mit dem Messtaster ermöglicht den Verzicht auf ein weiteres Zwei-Wege-Messsystem und führt nochmals zu einer beträchtlichen Gewichtseinsparung des Prüfgerätes. In a further development of the concept of the invention, there is the possibility of providing orientation sensors with an exchangeable, spherical end piece in such a way that this end piece can be replaced by a probe for checking the tooth flank profile. The end piece resting on both tooth flanks is therefore replaced by moving the orientation sensor into four tooth gaps, for example, after determining the position of the tester, by the probe, which has a much smaller, usually also spherical end piece, so that it is guided along the entire tooth flank from the tooth base to the tooth head can. This combination of the orientation sensor with the probe makes it possible to dispense with another two-way measuring system and again leads to considerable weight savings for the test device.

In denjenigen Fällen, wo die Orientierung des Prüfgerätes relativ zum Zahnrad mittels des Orientierungsfühlers manuell, das Abfahren der Zahnflanken durch den Messtaster hingegen maschinell erfolgt, kann es jedoch konstruktiv günstiger sein, mit einem zusätzlichen Messtaster zu arbeiten, der unabhängig vom Orientierungsfühler am Prüfgerät gelagert ist und über eine eigene Messeinrichtung verfügt, wie dies an sich bekannt ist. Dieser zusätzliche Messtaster kann in einer Drehschieberführung gelagert werden, In those cases where the orientation of the test device relative to the gearwheel is done manually using the orientation sensor, but the tooth flanks are moved mechanically by the probe, it can be structurally cheaper to work with an additional probe that is mounted on the test device independently of the orientation sensor and has its own measuring device, as is known per se. This additional probe can be stored in a rotary slide guide,

also als verlängerbarer Schwenkfühler ausgebildet sein, er kann jedoch ebenso in der üblichen Kreuzschlittenführung gelagert werden. So be designed as an extendable swivel sensor, but it can also be stored in the usual cross slide guide.

Ein zusätzlicher Messtaster neben dem Orientierungsfühler ist vor allem dann empfehlenswert, wenn das Prüfgerät auch zur Zahnschrägenprüfung verwendet werden soll. Denn in diesem Falle muss der Messtaster nicht nur senkrecht zur Zahnradachse in der X/Y-Ebene, sondern auch parallel zur Zahnradachse in z-Richtung verfahrbar sein. An additional probe next to the orientation sensor is particularly recommended if the tester is also to be used for checking the bevel. In this case, the probe must not only be movable perpendicular to the gear axis in the X / Y plane, but also parallel to the gear axis in the z direction.

Wegen der hohen Anforderungen an die Messgenauigkeit empfiehlt es sich schliesslich noch, dass der Orientierungsfühler im Messzeitpunkt mit einer bestimmten vorgegebenen Kraft in die Zahnlücke des zu messenden Zahnrades hineingedrückt wird. Dadurch ist sichergestellt, dass für alle Positionierungsmessungen die gleichen Randbedingungen vorliegen. Hierzu weist der Orientierungsfühler zweckmässig einen axial gegen die Federkraft nach vorn verschiebbaren Tastknopf auf, der zugleich als Kontaktgeber zum Auslösen der Positionsmessung dient. Der Orientierungsfühler wird dabei manuell in die gewünschte Zahnlücke eingeführt, bis er an beiden Zahnflanken anliegt, sodann wird durch den Tastknopf die Anpressung allmählich erhöht, bis die vorgegebene Anpresskraft erreicht ist und zugleich die Messung ausgelöst wird. Finally, due to the high demands on the measuring accuracy, it is recommended that the orientation sensor is pressed into the tooth gap of the gear to be measured with a certain predetermined force at the time of measurement. This ensures that the same boundary conditions are present for all positioning measurements. For this purpose, the orientation sensor expediently has a pushbutton which can be displaced axially forwards against the spring force and which also serves as a contactor for triggering the position measurement. The orientation sensor is manually inserted into the desired tooth gap until it rests on both tooth flanks, then the contact pressure is gradually increased by the button until the specified contact pressure is reached and the measurement is triggered at the same time.

Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung ; dabei zeigt : Further embodiments result from the following description of exemplary embodiments with reference to the drawing; shows:

Fig. 1 eine seitliche Schnittansicht eines Prüfgerätes für das Zahnflankenprofil; Figure 1 is a side sectional view of a tester for the tooth flank profile.

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Prüfgerät gemäss Fig. 1 ; FIG. 2 shows a top view of the testing device according to FIG. 1;

Fig. 3 eine seitliche Schnittansicht eines Prüfgerätes, das zusätzlich zur Zahnschrägenprüfung geeignet ist; 3 shows a side sectional view of a testing device which is additionally suitable for checking the tooth slope;

Fig. 4 eine Draufsicht auf das Prüfgerät gemäss Fig. 3. 4 shows a top view of the testing device according to FIG. 3.

Fig. 5 eine vergrösserte Darstellung eines Orientierungsfühlers des Prüfgerätes nach den vorangegangenen Figuren; 5 shows an enlarged illustration of an orientation sensor of the testing device according to the preceding figures;

Fig. 6 eine schematische Darstellung des bei Zahnlückenabweichungen entstehenden Ausrichtfehlers am Prüfgerät; FIG. 6 shows a schematic illustration of the alignment error occurring on the test device in the event of tooth gap deviations; FIG.

Fig. 7 eine Darstellung der geometrischen Zusammenhänge zur Ermittlung der Position des Prüfgerätes; 7 shows a representation of the geometric relationships for determining the position of the test device;

Fig. 8 die Berücksichtigung des Ausrichtfehlers beim Messen des Zahnflankenprofiles und Fig. 8, the consideration of the alignment error when measuring the tooth flank profile and

Fig. 9 den Programmablauf bei der Ermittlung der Prüfgeräteposition und der anschliessenden Messung des Zahnflankenprofils. Fig. 9 shows the program flow when determining the position of the testing device and the subsequent measurement of the tooth flank profile.

Die Fig. 1 und 2 zeigen, dass das Prüfgerät ein Gerätebett 1 1 and 2 show that the test device has a device bed 1

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beinhaltet, das über drei teilweise höhenverstellbare Füsse 2, 3 und 4 auf einem Tisch 5 oder dgl. steht. includes that stands on a table 5 or the like via three partially height-adjustable feet 2, 3 and 4.

Im Gerätebett 1 ist ein Orientierungsfühler 6 horizontal schwenkbar und zugleich längenverstellbar gelagert. Die Lagerung erfolgt über einen U-förmigen, nach oben offenen Träger 7, dessen senkrechter Lagerzapfen 8 im Gerätebett 1 drehbar gelagert ist. Zusätzlich ruht der Träger 7 auf zwei horizontalen Führungen la und 1b des Gerätebettes 1, wobei die den Träger an seinem vorderen Ende abstützende Führung la vor allem die Aufgabe hat, Durchbiegungen zu vermeiden. In the equipment bed 1, an orientation sensor 6 is horizontally pivoted and at the same time adjustable in length. The storage takes place via a U-shaped, upwardly open support 7, the vertical bearing pin 8 of which is rotatably mounted in the device bed 1. In addition, the carrier 7 rests on two horizontal guides la and 1b of the equipment bed 1, the guide la supporting the carrier at its front end primarily having the task of preventing deflections.

Durch Kugelrollführungen oder dgl. ist der Orientierungsfühler 6 in Längsrichtung relativ zum Träger 7 verschiebbar. Er kann dadurch nicht nur horizontal verschwenkt, sondern auch in seiner Länge stufenlos verstellt werden. Das bedeutet, dass er bei feststehendem Prüfgerät und ortsfestem Zahnrad in verschiedene Zahnlücken eingefahren werden kann. By means of ball roller guides or the like. The orientation sensor 6 can be displaced in the longitudinal direction relative to the carrier 7. As a result, it can not only be swiveled horizontally, but also infinitely adjustable in length. This means that it can be moved into different tooth gaps with a fixed test device and fixed gear.

Oberhalb des Gerätebettes 1 befindet sich eine den Schwenkbereich des Orientierungsfühlers 6 und seines Trägers 7 überspannende Brücke 9. Diese Brücke, die zusätzlich auch zur Führung des Trägers 7 herangezogen werden kann, trägt an ihrer Oberseite einen Kreuzschlitten für den Messtaster 12. Dieser Kreuzschlitten besteht aus einem auf der Brücke 9 senkrecht zur Blattebene, in x-Richtung verfahrbaren Schlitten 10, der seinerseits einen in Blattebene, also in y-Richtung, verfahrbaren Schlitten 11 mit dem Messtaster 12 trägt. Above the device bed 1 there is a bridge 9 spanning the swivel range of the orientation sensor 6 and its support 7. This bridge, which can also be used to guide the support 7, carries a cross slide for the probe 12 on its upper side. This cross slide consists of a carriage 10 which can be moved in the x direction on the bridge 9 perpendicular to the sheet plane and which in turn carries a carriage 11 with the measuring probe 12 which can be moved in the sheet plane, that is to say in the y direction.

An der Prüfgeräteoberseite befindet sich eine Referenzfläche 13, die parallel zur x-y-Ebene des Gerätes liegt. Diese Referenzfläche 13, und damit das Prüfgerät, wird über die verstellbaren Füsse 3 und 4 so nivelliert, dass sie senkrecht zur Achse des zu prüfenden Zahnrades steht. Der Nivelliervorgang ist durch die Messuhr 14 angedeutet, die am Zahnrad befestigt wird und bei dessen Drehung über die Referenzfläche 13 gleitet und damit deren Ausrichtung gestattet. Selbstverständlich kann die beschriebene Nivellierung, die auch bei den bekannten Prüfgeräten dieser Gattung notwendig ist, auch auf andere Weise durchgeführt werden. There is a reference surface 13 on the top of the test device, which lies parallel to the x-y plane of the device. This reference surface 13, and thus the test device, is leveled via the adjustable feet 3 and 4 so that it is perpendicular to the axis of the gear wheel to be tested. The leveling process is indicated by the dial indicator 14, which is attached to the gearwheel and slides over the reference surface 13 when it rotates, thus permitting its alignment. Of course, the leveling described, which is also necessary in the known test devices of this type, can also be carried out in other ways.

Zur Messung der Positionen des Orientierungsfühlers 6 und des Messtasters 12 weist das Prüfgerät an sich bekannte Messeinrichtungen auf, nämlich einen Längenmassstab 18 für die Verschiebebewegung und einen Winkelmassstab 19 für die Schwenkbewegung des Orientierungsfühlers 6, ferner einen Längenmassstab 20 in x-Richtung und einen Längenmassstab in y-Richtung für den Messtaster 12. Hierbei können jeweils elektronisch abtastbare Inkremental-Messein-richtungen verwendet werden. Der den Messtaster 12 tragende Schlitten 11 verfügt über den üblichen elektrischen Messwertgeber. To measure the positions of the orientation sensor 6 and the probe 12, the testing device has measuring devices known per se, namely a length scale 18 for the displacement movement and an angle scale 19 for the pivoting movement of the orientation sensor 6, furthermore a length scale 20 in the x direction and a length scale in y-direction for the measuring probe 12. In this case, electronically scanned incremental measuring devices can be used. The carriage 11 carrying the probe 12 has the usual electrical transducer.

Die Fig. 3 und 4 zeigen ein Prüfgerät, das zusätzlich zur Prüfung der Zahnschräge geeignet ist. Es weist im wesentlichen denselben Grundaufbau wie das vorbeschriebene Prüfgerät auf und hat insoweit auch dieselben Bezugszeichen. Hinzugekommen ist lediglich ein weiterer Schlitten 22, der die Verschiebung des Messtasters 12 senkrecht zur x-y-Ebene, also in z-Richtung, zulässt. Seine Längenmessein-richtung ist mit 23 bezeichnet. Der zusätzliche Schlitten 22 gestattet es, den Messfühler 12 entlang einer Schraubenlinie an der Zahnflanke entlangzuführen und so eventuelle Abweichungen der Zahnschräge zu überprüfen. Auch kann damit die Zahnflankenprüfung in verschiedenen Höhenlagen durchgeführt werden, ohne dass das Prüfgerät neu ausgerichtet werden müsste. Der Antrieb des Messtasters 12 kann hier ebenso wie bei dem vorbeschriebenen Prüfgerät mittels der üblichen, jeweils einem Schlitten zugeordneten Stellmotoren 24 und 25 erfolgen, wobei hier für den hinzugekommenen Schlitten 22 ein weiterer Stellmotor 26 notwendig ist. 3 and 4 show a test device which is additionally suitable for testing the tooth slope. It has essentially the same basic structure as the test device described above and in this respect also has the same reference numerals. Only a further slide 22 has been added, which permits the displacement of the measuring probe 12 perpendicular to the x-y plane, that is to say in the z direction. Its length measuring device is designated 23. The additional slide 22 allows the sensor 12 to be guided along a helix along the tooth flank and thus to check possible deviations in the tooth slope. The tooth flank test can also be carried out at different heights without having to realign the test device. The probe 12 can be driven here, just like in the test device described above, by means of the usual servomotors 24 and 25, each assigned to a carriage, a further servomotor 26 being necessary here for the added carriage 22.

s Fig. 5 verdeutlicht die Führung des Orientierungsfühlers 6 in seinem Träger 7. Wesentlich ist vor allem die Anordnung eines axial verschiebbaren Tastknopfes 27 am hinteren Ende des Orientierungsfühlers 6. Dieser Tastknopf 27 ist mittels einer Druckfeder 28 gegen einen Anschlag 29 am Ende des io Orientierungsfühlers vorgespannt. Er weist ausserdem einen Kontakt 30 auf, der mit einem hierzu im Abstand am Orientierungsfühler 6 angebrachten Gegenkontakt 31 zusammenwirkt. Wird der Tastknopf 27 entgegen der Feder 28 betätigt, so schliessen die Kontakte 30 und 31 einen Stromkreis, der 15 die selbsttätige Messung am Längenmassstab 18 und am Winkelmassstab 19 auslöst. Der gefederte Tastknopf 27 stellt also sicher, dass die Position des Orientierungsfühlers 6 in einer Zahnlücke unter einer genau vorgegebenen Andrückkraft gemessen wird. Messfehler durch ungleiche Behandlung des 20 Orientierungsfühlers 6 sind somit weitestgehend ausgeschlossen. 5 illustrates the guidance of the orientation sensor 6 in its support 7. What is particularly important is the arrangement of an axially displaceable pushbutton 27 at the rear end of the orientation sensor 6. This pushbutton 27 is by means of a compression spring 28 against a stop 29 at the end of the OK orientation sensor biased. It also has a contact 30 which interacts with a mating contact 31 which is spaced on the orientation sensor 6 for this purpose. If the pushbutton 27 is actuated against the spring 28, the contacts 30 and 31 close a circuit which triggers the automatic measurement on the length scale 18 and on the angle scale 19. The spring-loaded button 27 thus ensures that the position of the orientation sensor 6 in a tooth gap is measured under a precisely specified pressing force. Measurement errors due to unequal treatment of the 20 orientation sensor 6 are therefore largely excluded.

Fig. 6 verdeutlicht, dass die unvermeidlichen Eigenfehler bei der Zahnteilung die Position des Messtasters nicht nur in x-Richtung, sondern auch in y-Richtung verfälschen und 25 dass darüber hinaus auch ein Winkelfehler auftritt, weil die Achsen nicht nur translatorisch verschoben, sondern auch verschwenkt werden. Die Position des Prüfgerätes erfährt also gegenüber dem bezogen auf den Prüfling «richtigen» Koordinatensystem einen Versatz und ausserdem eine 30 Schräglage. Fig. 6 illustrates that the inevitable inherent errors in tooth pitch falsify the position of the probe not only in the x direction, but also in the y direction, and 25 that an angular error also occurs because the axes are not only translationally shifted, but also be pivoted. The position of the test device is thus offset from the “correct” coordinate system in relation to the test object and also an inclined position.

Der Einfluss dieser auf Eigenfehlern der Verzahnung beruhenden und daher unvermeidlichen Ausrichtfehler auf das Messergebnis wird bei dem erfindungsgemässen Prüfgerät dadurch drastisch reduziert, weil der Orientierungsfühler 6 35 in mehrere Zahnlücken, beispielsweise in drei oder vier Lük-kenpaare eingeführt werden kann, ohne dass dabei die Position des Prüfgerätes oder des Zahnrades verändert werden muss. Es stehen also nicht nur zwei, sondern zumindest drei, besser aber vier oder sechs Zahnlücken zur Verfügung, um 40 die Position des Prüfgerätes relativ zum Zahnrad zu bestimmen. Das bedeutet, dass der Einfluss des Ausrichtfehlers auf das Messergebnis statistisch gesehen zumindest halbiert wird. Diese Halbierung ist bereits dann gewährleistet, wenn zwei Lückenpaare angefahren werden. 45 Der Messvorgang wird nachstehend anhand der Fig. 7 näher erläutert. Dabei ist die Position des Prüfgerätes lediglich durch seine x- und y-Achse verdeutlicht. Der Orientierungsfühler 6 mit der üblichen, endständigen, im Durchmesser an den Modul des zu prüfenden Zahnrades anso gepassten Kugel ist nur schematisch dargestellt, ebenso der Messtaster 12. The influence of these alignment errors, which are based on inherent errors in the toothing and are therefore unavoidable, on the measurement result is drastically reduced in the test device according to the invention because the orientation sensor 6 35 can be inserted into several tooth gaps, for example in three or four pairs of gaps, without the position of the test device or the gear must be changed. So there are not only two, but at least three, but better four or six tooth gaps are available to determine the position of the testing device relative to the gear. This means that the influence of the alignment error on the measurement result is statistically at least halved. This halving is already guaranteed when two pairs of gaps are approached. 45 The measuring process is explained in more detail below with reference to FIG. 7. The position of the test device is only illustrated by its x and y axes. The orientation sensor 6 with the usual, terminal ball, which is adapted in diameter to the module of the gear to be tested, is only shown schematically, as is the measuring probe 12.

Nach der eingangs beschriebenen Orientierung des Prüfgerätes, derart, dass seine x-y-Ebene senkrecht zur Zahnradachse steht, wird der Orientierungsfühler 6 nacheinander in ss verschiedene Zahnlücken eingefahren. In jeder Zahnlücke wird die Länge des Orientierungsfühlers und der zugehörige Winkelwert gemessen, bei der in Fig. 7 eingezeichneten Position also die Länge A und der Winkel 8 zum einen, die Länge B und der Winkel y zum anderen. Aus diesen vier Mess-60 werten in Verbindung mit der bekannten Zähnezahl Z, der ebenfalls bekannten Anzahl von Zähnen zwischen dem gemessenen Lückenpaar zm, der Tasterlänge in Ruhestellung T ergibt sich für die Position des Prüfgerätes, genauer gesagt für die Position seines Messtasters in der Ruhestellung relativ 65 zum Zahnradmittelpunkt für die Abszisse After the orientation of the test device described at the beginning, such that its x-y plane is perpendicular to the gearwheel axis, the orientation sensor 6 is moved one after the other into ss different tooth spaces. The length of the orientation sensor and the associated angle value are measured in each tooth gap, that is to say, in the position shown in FIG. 7, the length A and the angle 8 on the one hand, the length B and the angle y on the other. These four measurement values in conjunction with the known number of teeth Z, the likewise known number of teeth between the measured pair of gaps zm, and the probe length in the rest position T result for the position of the test device, more precisely for the position of its probe in the rest position 65 relative to the gear center for the abscissa

Xt = Xt =

V A2 + B2 - 2 AB cos (5 + y) V A2 + B2 - 2 AB cos (5 + y)

-Fi -Fi

A • B • sin (S + y) V A2 + B2 - 2 AB cos (8 + y) A • B • sin (S + y) V A2 + B2 - 2 AB cos (8 + y)

T sin e T sin e

5 5

659 127 659 127

und für die Ordinate w_ V A2 + B2 - 2 AB cos (Ô + y) + A-B-sin(8 + y) T and for the ordinate w_V A2 + B2 - 2 AB cos (Ô + y) + A-B-sin (8 + y) T

yi 2 • tan Ç-f • ?f) + V A2 + B2 - 2 AB cos (8 + y) ~ C°S 6 yi 2 • tan Ç-f •? f) + V A2 + B2 - 2 AB cos (8 + y) ~ C ° S 6

wobei für den Korrekturwinkel e gilt: where for the correction angle e:

A cos 8 - B cos y A sin 8 + B sin y sin e = — bzw. cos£=~f., A cos 8 - B cos y A sin 8 + B sin y sin e = - or cos £ = ~ f.,

V A2 + B2 - 2 AB cos (8 + y) V A2 + B2 - 2 AB cos (S + y) V A2 + B2 - 2 AB cos (8 + y) V A2 + B2 - 2 AB cos (S + y)

Damit liegt die Position des Messtasters und des zum Prüfgerät gehörenden Koordinatensystems relativ zum Zahnrad fest. Die Berechnung erfolgt zweckmässig durch einen Prozessrechner mit Speicher. The position of the probe and the coordinate system belonging to the test device is thus fixed relative to the gearwheel. The calculation is expediently carried out by a process computer with memory.

Da die errechneten Koordinaten für den Messtaster aufgrund eventueller Eigenfehler in der Verzahnung des zu prüfenden Zahnrades fehlerbehaftet sind, wird der Orientierungsfühler 6 anschliessend in zwei benachbarte Zahnlücken gesteckt, und mit den dabei sich ergebenden Längen- bzw. Winkelwerten des Orientierungsfühlers wird der vorgenannte Rechenvorgang wiederholt, wodurch man neue Werte für Xt, Yt und e erhält. Je nach den gewünschten Genauigkeitsanforderungen kann der Orientierungsfühler noch in weitere Zahnlücken eingesteckt werden. Doch ergibt sich, wie bereits gesagt, bereits bei der Mittelwertbildung aus zwei Lückenpaaren eine 50%ige Verringerung des Messfehlers. Die gemittelten Koordinaten Xt, Yt und Epsilon werden als Ist-Wert der Ruhestellung des Messtasters 12 zugeordnet. Auf diese Weise wird der Versatz und die Schräglage des Prüfgerätes berücksichtigt, wenn der Messtaster 12 die Zahnflanken abtastet. Since the calculated coordinates for the probe are faulty due to possible inherent errors in the toothing of the gear to be checked, the orientation sensor 6 is then inserted into two adjacent tooth gaps, and the above-mentioned calculation process is repeated with the resulting length or angle values of the orientation sensor. which gives new values for Xt, Yt and e. Depending on the required accuracy requirements, the orientation sensor can be inserted into other tooth gaps. However, as already mentioned, there is already a 50% reduction in the measurement error when averaging two pairs of gaps. The averaged coordinates Xt, Yt and Epsilon are assigned as the actual value to the rest position of the probe 12. In this way, the offset and the inclined position of the testing device are taken into account when the probe 12 scans the tooth flanks.

Soll der Messtaster in Fig. 8 beispielsweise aus der gezeichneten Position um den Weg Ay nach oben in die Position S verfahren werden, so verfährt ihn das Prüfgerät aufgrund seiner Fehlpositionierung längs dem weiter oben angedeuteten Koordinatensystem, also entlang der strichpunktierten Linie in die Position I. Da der Korrekturwinkel Epsilon durch die Messung mehrerer Zahnlücken mit dem Orientierungsfühler sehr genau bekannt ist und ebenso der Weg Ay bekannt ist, lässtsich die Lageabweichung xf und yf zwischen den Positionen S und I ermitteln, und die Position des Messtasters kann korrigiert werden. If, for example, the measuring probe in FIG. 8 is to be moved from the drawn position by the path Ay upwards to the position S, the tester moves it along the coordinate system indicated further above, that is, along the dash-dotted line into the position I because of its incorrect positioning. Since the correction angle epsilon is very precisely known by measuring several tooth gaps with the orientation sensor and the path Ay is also known, the positional deviation xf and yf between the positions S and I can be determined and the position of the probe can be corrected.

Selbstverständlich kann die Lageabweichung des Prüfgerätes auch dadurch berücksichtigt werden, dass man nicht die Position des Messtasters korrigiert, sondern dass man die Position der theoretischen Evolvente des zu prüfenden Zahnes entsprechend verschiebt. Dies ist eine Frage des Programmes. Of course, the positional deviation of the test device can also be taken into account by not correcting the position of the probe, but by shifting the position of the theoretical involute of the tooth to be tested accordingly. This is a question of the program.

Fig. 9 gibt ein Ausführungsbeispiel für den Programmablaufplan. Nachdem die Anzahl der zu prüfenden Lückenpaare, die vom Modul des Zahnrades abhängt, eingegeben worden ist, wird manuell eingetastet, welches Lückenpaar der Orientierungsfühler anfahren soll. Selbstverständlich könnte dies auch automatisch erfolgen. Hat der Orientierungsfühler die erste Lücke angefahren, so werden die Messwerte A und 8 gespeichert, bei der zweiten Lücke desselben Lückenpaares die Messwerte B und y. Sodann wird das nächste Lückenpaar angetastet, und der Vorgang wiederholt sich, bis der Orientierungsfühler alle zu prüfenden Lücken angefahren hat. Aus den Längen- und Winkelwerten des Orientierungsfühlers in den verschiedenen Lücken lässt sich für jedes Lückenpaar die Position des Prüfgerätes bestimmen. Die so bestimmten Positionen werden einer arithmetischen Mittelwertbildung unterzogen, und die so erhaltenen Endwerte Xt, Yt und Epsilon gelten als Ist-Lage des Prüfgerätes. Die Orientierung des Prüfgerätes ist damit beendet. Fig. 9 gives an embodiment for the program flow chart. After the number of the gap pairs to be checked, which depends on the module of the gearwheel, has been entered, a manual keying is carried out to determine which gap pair the orientation sensor should approach. Of course, this could also be done automatically. If the orientation sensor has approached the first gap, the measured values A and 8 are saved, and for the second gap of the same gap pair, the measured values B and y. The next pair of gaps is then touched and the process is repeated until the orientation sensor has approached all the gaps to be checked. The position of the test device can be determined for each pair of gaps from the length and angle values of the orientation sensor in the various gaps. The positions determined in this way are subjected to arithmetic averaging, and the final values Xt, Yt and Epsilon obtained in this way count as the actual position of the test device. The orientation of the test device is now complete.

Die anschliessende Messphase ist auf der rechten Hälfte von Fig. 9 dargestellt. Zunächst wird eingegeben, welche Flanke abgetastet werden soll, damit der Rechner unter Berücksichtigung der sich aus der Prüfgeräteposition ergebenden Korrekturwerte den Messtaster längs der theoretischen Evolente in der an sich bekannten Schrittsteuerung entlangführt. Die Messwerte werden wie üblich aufgenommen, gespeichert und hieraus ggf. ein Diagramm zur graphischen Auswertung erstellt. The subsequent measurement phase is shown on the right half of FIG. 9. First, it is entered which edge is to be scanned so that the computer, taking into account the correction values resulting from the position of the test device, guides the probe along the theoretical involute in the step control known per se. As usual, the measured values are recorded, saved and, if necessary, a diagram for graphical evaluation can be created.

Es liegt selbstverständlich im Rahmen der Erfindung, die Position des Orientierungsfühlers 6 nicht über die Auflagelänge und die zugehörige Winkelstellung, also quasi durch Polarkoordinaten, zu ermitteln, sondern stattdessen unmittelbar die rechtwinkligen x- bzw. y-Koordinaten zu messen. Dies ist vor allem dann zweckmässig, wenn die zweidimensionale Verfahrbarkeit des Orientierungsfühlers nicht durch eine Drehschieberführung, sondern durch eine Kreuzschlittenführung erreicht wird. It is of course within the scope of the invention not to determine the position of the orientation sensor 6 via the support length and the associated angular position, that is to say quasi by polar coordinates, but instead to measure the right-angled x or y coordinates directly. This is particularly useful if the two-dimensional movability of the orientation sensor is achieved not by a rotary slide guide, but by a cross slide guide.

Auch kann der vorbeschriebene Rechengang selbstverständlich dahin abgewandelt werden, dass man als Basis für die Abtastung der Flanken durch den Messtaster 12 nicht dessen Ruhelage verwendet, sondern ein Koordinatensystem mit ausserhalb der Messtaster-Ruhelage liegendem Ursprung. The above-described calculation process can of course also be modified in such a way that the basis for the scanning of the edges by the probe 12 is not the rest position, but a coordinate system with an origin lying outside the probe rest position.

Entscheidend ist lediglich, dass mit feststehendem Prüfgerät und feststehendem Zahnrad drei, vier oder mehr Zahnlücken angefahren werden können, so dass man für die Koordinaten des Prüfgerätes und für den Korrekturwinkel mehrere Werte erhält, die durch Mittelwertbildung die erwünschte Reduzierung des Ausrichtfehlers ergeben. The only decisive factor is that three, four or more tooth gaps can be approached with a fixed test device and fixed gear, so that several values are obtained for the coordinates of the test device and for the correction angle, which result in the desired reduction of the alignment error by averaging.

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

B B

7 Blatt Zeichnungen 7 sheets of drawings

Claims

659 127 PATENT CLAIMS

1.Procedure for checking the tooth flank profile of gearwheels by means of a portable test device with an orientation sensor which can be adjusted in a plane running perpendicular to the gearwheel axis, the test device being leveled and then its position relative to the gearwheel to be tested being determined by the orientation sensor in tooth gaps of the gearwheel to is retracted to the flank system on both sides and by measuring different positions of the retracted orientation sensor, the sought position of the test device is calculated by means of a computer by averaging the test device position resulting from the different orientation sensor positions, characterized in that the gear remains stationary during the measurement and the orientation sensor driven into different tooth gaps of the same gear and the average value for the tester position is calculated from the orientation sensor positions in the different tooth gaps.

2. Device for carrying out the method according to claim 1, characterized in that the orientation sensor (6) is designed as a length-adjustable swivel arm and is mounted in a rotary slide guide (7, 8).

3. Device according to claim 2, characterized in that the orientation sensor (6) has an incremental length and angle measuring device (18, 19).

4. The device according to claim 2 or 3, wherein the orientation sensor has a replaceable, spherical end piece, characterized in that a probe is provided for checking the tooth flank profile to be used in place of the end piece in the orientation sensor.

5. Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the orientation sensor (6) carries an axially movable against spring force (28) forward push button (27) which also serves as a contact for triggering the position measurement of the retracted orientation sensor (6) serves.