DE4412682C2

DE4412682C2 - Device for measuring eccentrically rotating workpieces

Info

Publication number: DE4412682C2
Application number: DE19944412682
Authority: DE
Inventors: Manfred Warmbold; Axel Dr Schween
Original assignee: Doerries Scharmann AG I K
Current assignee: WOHLENBERG WERKZEUGMASCHINEN GMBH, 30179 HANNOVER,
Priority date: 1994-04-13
Filing date: 1994-04-13
Publication date: 1998-09-03
Anticipated expiration: 2014-04-14
Also published as: DE4412682A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vermessen exzentrisch umlaufender Werkstücke, insbesondere der Hubzapfen von Kurbelwellen.The invention relates to a device for measuring eccentrically rotating workpieces, especially the crank pin of crankshafts.

Die Hubzapfen und auch die Lagerzapfen von Kurbelwellen, jedoch auch andere, exzentrisch umlaufende Werkstücke müssen während der Bearbeitung sowie nach Fertigstellung der Bearbeitung auf Maßgenauigkeit geprüft werden. Hierzu ist es bisher üblich, das Vermessen bei Stillstand des Werkstücks von Hand punktweise durchzuführen, um Durchmesserfehler, Abweichungen von der Kreisform sowie von der Zylinderform festzustellen und ggf. korrigieren zu können.The crankpin and crankshaft journal, however other, eccentrically rotating workpieces also have to processing as well as after completion of processing Dimensional accuracy can be checked. So far, it has been customary for this Measure point by hand when the workpiece is at a standstill to carry out diameter errors, deviations from the Determine the circular shape and the shape of the cylinder and if necessary to be able to correct.

Aufgrund der hohen Bearbeitungsgeschwindigkeiten in modernen, CNC-gesteuerten Bearbeitungszentren bedeutet das Vermessen des Werkstücks von Hand lange, den Ausnutzungsgrad des Bearbeitungszentrums herabsetzende Stillstandszeiten.Due to the high processing speeds in modern, CNC-controlled machining centers means measuring the Workpiece by hand long, the degree of utilization of the Machining center minimizing downtimes.

Die in der DE-OS 35 21 710 beschriebene Meßvorrichtung dient zur Messung der Kreisformabweichung exzentrischer Lagerflächen, nicht jedoch ausdrücklich zum Prüfen der Maßgenauigkeit des Durchmessers. Die beschriebene Vorrichtung ist jedoch auch zum Messen des Durchmessers von Pleuellagern geeignet. Bei einer Ausführungsform liegt ein Tastteil mit einer Tastkante auf einer Lagerfläche eines Pleuelzapfens und mittels einer Führungskante seitlich an dieser Lagerfläche an. Aufgrund von waagerechten Führungen und senkrechten Führungen kann das Tastteil unter der Wirkung einer Feder und aufgrund seines Eigengewichts der Bewegung der Lagerfläche folgen, wobei ein elektrischer Längenmeßtaster ein Meßsignal abgibt, das den Bewegungen der Tastkante entspricht, so daß sich aus diesem elektrischen Signal unter Berücksichtigung des Kurbelradius die Radialwerte der Lagerfläche ermitteln lassen. Bei dieser bekannten Vorrichtung geht daher der gesamte Hub der zu vermessenden Kurbelwelle in den Weg des Längenmeßtasters ein, der daher eine sehr hohe absolute Genauigkeit aufweisen muß, wenn Durchmesserfehler, Abweichungen von der Kreisform sowie von der Zylinderform festgestellt und korrigiert werden sollen. Die Tastkante und die Führungskante übernehmen ausschließlich Führungsaufgaben und sind mit dem Eigengewicht der Meßvorrichtung und der Kraft der Feder beaufschlagt, so daß sie einer nicht zu vernachlässigenden Abnutzung unterliegen.The measuring device described in DE-OS 35 21 710 is used for Measurement of the circular shape deviation of eccentric bearing surfaces, but not expressly for checking the dimensional accuracy of the Diameter. However, the device described is also for Suitable to measure the diameter of connecting rod bearings. At a Embodiment is a touch part with a touch edge on one Bearing surface of a connecting rod journal and by means of a guide edge on the side of this bearing surface. Due to horizontal Guides and vertical guides can be found under the Effect of a spring and due to its own weight the Follow the movement of the bearing surface, an electric Length measuring probe emits a measuring signal which corresponds to the movements of the Touch edge corresponds, so that this electrical signal taking into account the crank radius, the radial values of the Have the storage area determined. In this known device the entire stroke of the crankshaft to be measured therefore goes into the path of the length probe, which is therefore a very high must have absolute accuracy if diameter errors, Deviations from the circular shape as well as from the cylindrical shape should be determined and corrected. The touch edge and the Leading edge only take on management tasks and are with the weight of the measuring device and the force of the Spring acted upon, so that it should not be neglected Subject to wear.

Eine in der DE-OS 31 47 424 beschriebene Einrichtung zur Messung der Radialwerte eines Zylinders, Nockens oder dergleichen, weist eine Vorrichtung zur Kompensation der Exzentrizität eines zu vermessenden Zylinders, Nockens oder dergleichen auf. Angestrebt wird, daß ein Meßtaster stets radial zum Mittelpunkt eines Zylinders gerichtet ist, der zur Rundheitsmessung auf einen Drehtisch angeordnet ist. Dieser Drehkörper braucht auf dem Drehtisch nicht genau zentrisch angeordnet zu sein, da mit dem Drehtisch eine Scheibe über eine Achse drehverbunden ist und auf dieser Scheibe eine Kurvenscheibe mit zylindrischer Außenfläche exzentrisch und drehverstellbar angeordnet ist, die über eine Abtastrolle, ein Hebelsystem und einen auf einer Querstange verschiebbar gelagerten Schieber mit einer Rolle eine Querbewegung der Tastvorrichtung hervorruft, die sich auf die Exzentrizität des Drehkörpers nach Größe und Richtung einstellen läßt. Diese bekannte Einrichtung dient dazu, geringfügige Exzentrizitäten eines auf einem Drehtisch angeordneten Drehkörpers zu kompensieren, so daß der Stößel des elektrischen Längenmeßtasters auch nur verhältnismäßig kleinen Exzentrizitäten folgen muß. Wollte man diese bekannte Einrichtung zum Messen eines umlaufenden Hubzapfens von Kurbelwellen benutzen, müßte der Taststift den gesamten Hub des Hubzapfens aufnehmen und trotz dieses großen Weges kleine Durchmesserfehler und Abweichungen von der Kreis- sowie der Zylinderform messen können.A device for measurement described in DE-OS 31 47 424 the radial values of a cylinder, cam or the like a device for compensating for the eccentricity measuring cylinder, cam or the like. Aimed for is that a probe always radially to the center of a Cylinder is directed to the roundness measurement on one Turntable is arranged. This rotating body needs on the Rotary table not to be exactly centered, because with the Turntable a disc is rotatably connected via an axis and on this disc is a cam disc with a cylindrical outer surface is arranged eccentrically and rotatably, which over a Scanning roller, a lever system and one on a cross bar slidably mounted slide with a roller one Transverse movement of the probe device, which affects the Adjust the eccentricity of the rotating body according to size and direction leaves. This known device is used for minor Eccentricities of one arranged on a turntable Compensate the rotating body, so that the plunger of the electrical Length measuring probe also only relatively small Eccentricities must follow. Did you want this well-known Device for measuring a rotating crank pin from Using crankshafts, the stylus should cover the entire stroke of the Pick up the crank pin and small despite this long way Diameter errors and deviations from the circular as well as the Can measure cylinder shape.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine schnell und genau arbeitende Meßvorrichtung zu schaffen, um möglichst keine oder nur kurze Unterbrechungen der Bearbeitung des Werkstücks während des Meßvorgangs zu erreichen.The invention is therefore based on the object, a quick and to create a precisely working measuring device in order to avoid any or only brief interruptions in machining the workpiece to reach during the measurement process.

Ausgehend von dieser Aufgabenstellung wird bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, daß sie erfindungsgemäß einen Tastarm, der mit an seinem einen Ende angeordneten Meßtastern das Werkstück umgreift und dem Umlauf folgt, der mit seinem anderen Ende der Bewegung des Werkstücks folgend an einem CNC-gesteuert in Y- und X-Richtung synchron und mit gleichem Hub wie das zu vermessende Werkstück verfahrbaren Schlitten auf einer Kreisbahn zwangsgeführt ist und einen mit den Meßtastern zusammenwirkenden Meßwertaufnehmer aufweist.Based on this task, a device of the kind mentioned in the introduction proposed that they According to the invention, a probe arm with at one end arranged probes encompasses the workpiece and the circulation that follows with its other end the movement of the workpiece following on a CNC-controlled in the Y and X direction synchronously and can be moved with the same stroke as the workpiece to be measured Sled is guided on a circular path and one with the measuring probes interacting.

Diese Anordnung ist deswegen besonders vorteilhaft, weil sich das geführte Ende des Tastarms an dem Schlitten einer CNC-gesteuerten Bearbeitungseinheit für das Werkstück anordnen läßt und die ohnehin vorhandene Steuerung für die Bearbeitung des Werkstücks auch beim Vermessen des Werkstücks einsetzbar ist.This arrangement is particularly advantageous because the guided end of the probe arm on the carriage one Arrange the CNC-controlled processing unit for the workpiece lets and the existing control for processing of the workpiece can also be used when measuring the workpiece is.

Der Tastarm läßt sich um seinen Führungspunkt an seinem einen Ende aus einer Ruheposition außerhalb des Bewegungsbereichs des Werkstücks in eine Meßstellung klappen, folgt mit seinen Meßtastern dem exzentrisch umlaufenden Werkstück während einer oder mehrerer Umdrehungen und registriert über den Meßwertaufnehmer den Durchmesser des Werkstücks mit Bezug auf entsprechende Drehwinkel, so daß sich auf diese Weise in kürzester Zeit Durchmesserabweichungen, Abweichungen von der Kreisform sowie von der Zylinderform, wenn der Tastarm axial entlang dem zu vermessenden Werkstück bewegt wird, erfassen lassen. Auf die Meßtaster wirken dabei nur die Meßkräfte, da sie keinerlei Führungsaufgaben zu übernehmen haben.The probe arm can be moved around its guide point at its one End from a rest position outside the range of motion of the Folding the workpiece into a measuring position follows with its Probe the eccentrically rotating workpiece during a or more revolutions and registered over the Transducer referring to the diameter of the workpiece corresponding angle of rotation, so that in this way shortest time diameter deviations, deviations from the Circular as well as cylindrical when the probe arm is axial is moved along the workpiece to be measured to let. Only the measuring forces act on the probe, since they have no management tasks to take on.

Bei der Zwangsführung in Y- und X-Richtung werden keine großen Anforderungen an die Genauigkeit des Rundlaufs und an die Übereinstimmung des Hubes der Zwangssteuerung mit dem Hub des zu vermessenden Werkstücks gestellt, wenn die Meßtaster an dem Werkstück etwa diametral gegenüberliegend in einer durch den geometrischen Mittelpunkt verlaufenden Ebene anliegen und der Meßwertaufnehmer die Meßwerte der beiden Meßtaster in einer Summenschaltung verarbeitet. In diesem Fall werden Abweichungen im Rundlauf und/oder im Hub der Zwangssteuerung des Tastarms in der Waagerechten durch die gegenüberliegenden Meßtaster innerhalb ihres Meßbereichs kompensiert. Fehlbewegungen in senkrechter Richtung bilden Fehler zweiter Ordnung, die unterhalb der geforderten Meßgenauigkeit liegen.In the case of forced guidance in the Y and X directions, there are no large ones Requirements for the accuracy of the concentricity and the Agreement of the stroke of the positive control with the stroke of the measuring workpiece when the probe on the Work piece approximately diametrically opposite in one through the geometrical center and the Transducer the measured values of the two probes in one Sum circuit processed. In this case there will be deviations in concentricity and / or in the stroke of the positive control of the probe arm in the horizontal by the opposite probe compensated within their measuring range. Wrong movements in perpendicular direction form second order errors that are below the required measurement accuracy.

Der Tastarm kann entweder mit einer einstellbaren Abstützung auf dem Werkstück oder auf einem einstellbaren Anschlag an Schlitten aufliegen. In beiden Fällen ist gewährleistet, daß die Meßtaster in der durch den geometrischen Mittelpunkt verlaufenden Ebene am Werkstück anliegen, abgesehen von den durch Rundlaufungenauigkeiten oder Hubabweichungen bedingten Verschiebungen.The probe arm can either be set with an adjustable support the workpiece or on an adjustable stop on the slide lie on. In both cases, it is guaranteed that the probe in the plane passing through the geometric center Workpiece, apart from the through Concentricity inaccuracies or stroke deviations caused Shifts.

Wenn der Tastarm aus dem Arbeitsbereich in eine Ruhestellung schwenkbar ist, läßt sich diese Ruhestellung als Kalibrierstellung verwenden, indem in dieser Kalibrierstellung eine Maßverkörperung des Werkstücks in den Bereich der Meßtaster gebracht wird.When the probe arm moves from the work area to a rest position is pivotable, this rest position as Use calibration position by in this calibration position a material measure of the workpiece in the area of the probe brought.

Die Erfindung wird anhand mehrerer, in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:The invention is based on several, in the drawing illustrated embodiments of the closer explained. In the Show drawing:

Fig. 1 eine an einem CNC-gesteuerten Bearbeitungszentrum für Kurbelwellen angeordnete Meßvorrichtung und Fig. 1 a arranged on a CNC-controlled machining center for crankshafts measuring device and

Fig. 2 eine Detailansicht des Tastarms mit einer anderen Anordnung der Meßtaster. Fig. 2 is a detailed view of the probe arm with a different arrangement of the probe.

Von einer zentrisch zu den Hauptlagerzapfen eingespannten Kurbelwelle 1 sollen exzentrisch umlaufende Hubzapfen 2 vermessen werden.Eccentrically rotating crank pins 2 are to be measured by a crankshaft 1 clamped centrally to the main bearing journal.

Zu diesem Zweck ist ein Tastarm 3 in den Bereich des Hubzapfens 2 um einen Anlenkpunkt 8 schwenkbar in die ausgezogen dargestellte Meßstellung geschwenkt, so daß eine einstellbare Abstützung 4 auf dem Hubzapfen 2 aufliegt. In dieser Stellung erstrecken sich senkrecht von dem Tastarm 3 nach unten parallele Arme 5, an deren Enden Meßtaster 6 angeordnet sind. Der Abstand der Meßtaster 6 ist auf den Durchmesser des Hubzapfens 2 einstellbar und beide Meßtaster 6 sind in den Armen 5 verschiebbar. Die Abstützung 4 wird so eingestellt, daß die Meßtaster 6 am Hubzapfen 2 in einer durch den geometrischen Mittelpunkt verlaufenden Ebene angreifen. Die Meßtaster 6 sind mit einem Meßwertaufnehmer 7 verbunden, der eine Auswertung der Meßwerte über eine Summenschaltung vornimmt. Über den Anlenkpunkt 8 am Ende des Tastarms 3 ist dieser hochschwenkbar an einem in Y-Richtung CNC-gesteuert verfahrbaren Schlitten 12 einer Bearbeitungseinheit 11 angeordnet. An diesem Schlitten 12 befindet sich z. B. eine Spindel 13 zur Aufnahme von Bohrern oder Fräsköpfen.For this purpose, a probe arm 3 is pivoted into the area of the crank pin 2 about a pivot point 8 in the measuring position shown in solid lines, so that an adjustable support 4 rests on the crank pin 2 . In this position, parallel arms 5 extend vertically downward from the probe arm 3 and measuring probes 6 are arranged at their ends. The distance between the measuring buttons 6 can be adjusted to the diameter of the crank pin 2 and both measuring buttons 6 can be moved in the arms 5 . The support 4 is set so that the probe 6 engage the crank pin 2 in a plane running through the geometric center. The measuring buttons 6 are connected to a sensor 7 which evaluates the measured values via a summation circuit. Via the articulation point 8 at the end of the probe arm 3 , the latter is arranged so that it can be swiveled up on a carriage 12 of a processing unit 11 that can be moved in a CNC-controlled manner in the Y direction. On this carriage 12 is z. B. a spindle 13 for receiving drills or milling heads.

Anstelle der einstellbaren Abstützung 4 am Tastarm 3 kann auch am Schlitten 12 ein einstellbarer Anschlag 9 vorgesehen sein, der die Meßstellung des Tastarms 3 definiert. Instead of the adjustable support 4 on the probe arm 3 , an adjustable stop 9 can also be provided on the slide 12 , which defines the measuring position of the probe arm 3 .

Der Tastarm 3 läßt sich aus der ausgezogen dargestellten Meßstellung in eine gestrichelt dargestellte Ruhestellung außerhalb des Arbeitsbereichs schwenken und liegt dann an einem weiteren Anschlag 10 an. In dieser Stellung läßt sich eine Meßverkörperung 17, deren Größe und Form genau dem des Hubzapfens 2 entspricht, in den Bereich der Meßtaster 6 bringen, um eine Kalibrierung der Meßanordnung vorzunehmen.The probe arm 3 can be pivoted from the measuring position shown in solid lines into a rest position shown in dashed lines outside the working area and is then in contact with another stop 10 . In this position, a measuring standard 17 , the size and shape of which corresponds exactly to that of the crank pin 2 , can be brought into the area of the measuring probe 6 in order to calibrate the measuring arrangement.

Der Schlitten 12 ist über eine Säule an einem weiteren Schlitten 14, der CNC-gesteuert in X-Richtung verfahrbar ist, angeordnet.The carriage 12 is arranged on a column on a further carriage 14 which can be moved in the X direction under CNC control.

Über die im einzelnen nicht dargestellte und an Werkzeugmaschinen allgemein übliche CNC-Steuerung läßt sich dem Anlenkpunkt 8 dieselbe Kreisbahnbewegung erteilen, die auch der Hubzapfen 2 beim Drehen der Kurbelwelle 1 durchläuft. Auf diese Weise wird der Meßarm 3 mit den Meßtastern 6 zur Kurbelwelle 1 synchron und mit gleichem Hub zwangsgeführt, so daß sich eine einfache Beziehung zwischen der Winkelstellung der Kurbelwelle 1 und den Meßwerten herstellen läßt.The articulation point 8 can be given the same circular path movement, which also the crank pin 2 passes through when the crankshaft 1 rotates, via the CNC control, which is not shown in detail and is generally customary on machine tools. In this way, the measuring arm 3 with the measuring buttons 6 is synchronized with the crankshaft 1 and positively guided with the same stroke, so that a simple relationship between the angular position of the crankshaft 1 and the measured values can be established.

Ist der in X-Richtung verfahrbare Schlitten 14 auf einem weiteren in Z-Richtung verfahrbaren Schlitten 15 angeordnet, der auf einem Maschinenbett 16 verfahrbar ist, läßt sich mit dem Tastarm 3 und den Meßtastern 6 die gesamte Oberfläche des Hubzapfens 2 abfahren, so daß sich Rundlauffehler, Durchmesserfehler und Abweichungen von der Zylinderform des Zapfens 2 mit großer Genauigkeit messen lassen. Rundlauffehler des Anlenkpunkts 8, die sich aufgrund der CNC-Steuerung ergeben und auch Hubabweichungen beim Umlauf des Anlenkpunkts 8 gehen nur äußerst geringfügig in das Meßergebnis ein, da hierdurch nur geringfügige Winkelveränderungen der Anlagepunkte der Meßtaster 6 bzw. Verlagerungen in der durch die Meßtaster 6 verlaufenden Geraden ergeben, die entweder durch die Summenschaltung des Meßwertaufnehmers 7 ausgeglichen werden oder aber im Hinblick auf die geforderte Meßgenauigkeit vernachlässigbar sind.If the carriage 14, which can be moved in the X direction, is arranged on a further carriage 15 , which can be moved in the Z direction, which can be moved on a machine bed 16 , the entire surface of the crank pin 2 can be moved with the probe arm 3 and the measuring probes 6 , so that Have concentricity, diameter errors and deviations from the cylindrical shape of the spigot 2 measured with great accuracy. Concentricity errors of the articulation point 8 , which result from the CNC control and also stroke deviations when the articulation point 8 rotates, are only extremely negligible in the measurement result, since this results in only slight changes in the angle of the contact points of the measurement buttons 6 or displacements in the ones running through the measurement buttons 6 Straight lines result which are either compensated for by the summation circuit of the transducer 7 or are negligible with regard to the required measurement accuracy.

Statt wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt, den Tastarm 3 etwa waagerecht anzuordnen, kann er auch jede beliebige Winkellage, insbesondere eine senkrechte Stellung einnehmen.Instead of arranging the probe arm 3 approximately horizontally as shown in FIGS . 1 and 2, it can also assume any angular position, in particular a vertical position.

Bei der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung tritt keine Beeinflussung des Meßergebnisses durch Fehler aus dem Meßsystem der Bearbeitungsmaschine auf. Thermische Einflüsse lassen sich dadurch minimieren, daß eine Kalibrierung unmittelbar vor dem Durchführen einer Messung vorgenommen wird. Die Auswertung der Meßwerte durch einen nicht dargestellten Rechner ermöglicht eine Rückkoppelung zur CNC-Steuerung der Bearbeitungsmaschine, wodurch eine automatische Fehlerkompensation bei der Bearbeitung erreichbar ist.None occurs in the measuring device according to the invention Influencing the measurement result by errors from the measuring system the processing machine. Thermal influences can be minimize by having a calibration immediately before Performing a measurement. The evaluation of the Measured values by a computer, not shown, enables a Feedback to the CNC control of the processing machine, which enables automatic error compensation during processing is achievable.

Claims

1. Device for measuring eccentrically rotating workpieces, in particular the crank pin ( 2 ) of crankshafts ( 1 )

1. - a probe arm ( 3 ), the
2. - grips the workpiece ( 2 ) with measuring probes ( 6 ) arranged at one end and follows the rotation,
3. - With its other end ( 8 ), the movement of the workpiece ( 2 ) following on a CNC-controlled in the Y and X directions synchronously and with the same stroke as the workpiece movable carriage ( 12 ) is positively guided on a circular path and
4. - with a measuring sensor ( 7 ) interacting with the measuring keys ( 6 ).

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the probe arm ( 3 ) is pivotally articulated at a pivot point ( 8 ) on the slide ( 12 ), the pivot point ( 8 ) being a parallel to the crankshaft axis and horizontally aligned pivot axis when the device is in operational position mediated for the probe arm ( 3 ).

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the guided end ( 8 ) of the probe arm ( 3 ) on the carriage ( 12 ) of a CNC-controlled processing unit ( 11 ) for the workpiece ( 2 ) is arranged.

4. Device according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the displaceable probe ( 6 ) on the workpiece ( 2 ) lie diametrically opposite in a plane passing through the geometric center and the transducer ( 7 ) the measured values of the two probes ( 6 ) processed in a summation circuit.

5. The device according to claim 4, characterized in that the probe arm ( 3 ) can be pivoted from the working area into a calibration position in which a measuring standard ( 17 ) of the workpiece ( 2 ) in the area of the probe ( 6 ) can be brought.

6. The device according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the probe arm ( 3 ) in the direction of the axis of rotation of the workpiece ( 2 ) (Z direction) is displaceable.

7. The device according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that the probe arm ( 3 ) with an adjustable support ( 4 ) rests on the workpiece ( 2 ) or on an adjustable stop ( 9 ) and the probe ( 6 ) are adjustable.