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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermessen von Rohteilen, insbesondere
mechanisch unbearbeiteten Großkurbelwellen,
nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Des weiteren
betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Vermessen von Rohteilen,
insbesondere von mechanisch unbearbeiteten Großkurbelwellen.
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Ein
gattungsgemäßes Verfahren
und eine entsprechende Vorrichtung sind aus der
EP 0 081 376 A2 bekannt. Hierbei werden
an einer Kurbelwelle für
eine Brennkraftmaschine mittels eines Laser-Entfernungsmessers nacheinander mehrere
Punkte auf der Oberfläche
des Rohteils ermittelt und daraus die Umhüllung des Rohteils berechnet.
Anschließend wird teils
berechnet. Anschließend
wird ermittelt, ob das mechanisch bearbeitete Fertigteil in die
Umhüllung
des Rohteils passt.
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Das
dort beschriebene Verfahren dauert jedoch sehr lange und ist daher
aus Kostengründen
in der Serienfertigung und insbesondere bei der Fertigung von großen Kurbelwellen
mit einer Länge
von mehr als 1,2 m nur sehr begrenzt einsetzbar. Des weiteren ist
die dort beschriebene Messmethode relativ ungenau und führt teilweise
zu falschen Ergebnissen, was Nacharbeit und Ausschuss zur Folge
haben kann.
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Insbesondere
bei Großkurbelwellen
mit einzeln geschmiedeten Hubzapfen ergeben sich häufig Variationen
der Hubstellung, die dazu führen,
dass aus dem Rohteil kein maßhaltiges
Fertigteil hergestellt werden kann.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und
eine Vorrichtung zum Vermessen von Rohteilen, insbesondere mechanisch unbearbeiteten
Großkurbelwellen
mit einer Länge von
mehr als 1,2 m, zu schaffen, mit dem bzw. mit der eine schnellere
und genauere Arbeitsweise möglich ist.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe bei einem Verfahren durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale
gelöst.
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Durch
die gleichzeitige Vermessung einer Vielzahl von Punkten auf der
Oberfläche
des Rohteils und der Zusammenfügung
derselben zu einer dreidimensionalen Ist-Kontur der Rohteile ist eine sehr schnelle
und exakte Arbeitsweise möglich,
mit deren Ergebnis eine genaue Aussage darüber getroffen werden kann,
ob aus dem vermessenen Rohteil ein maßhaltiges Fertigteil hergestellt
werden kann, sodass insgesamt weniger Richtvorgänge an dem Rohteil durchgeführt werden
müssen.
Falls dennoch festgestellt wird, dass eine Nacharbeit erforderlich
ist, so können
eventuell notwendige Kundenanfragen mit Ist-Daten durchgeführt werden
und es müssen
keine zusätzlichen
Skizzen angefertigt werden.
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Insbesondere
lässt sich
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
die Zeit zur Messung eines Rohteils sehr stark verringern, was zu
einer erheblichen Kosteneinsparung führt, zu der auch die Verringerung
von Ausschussteilen während
der späteren
mechanischen Fertigbearbeitung beiträgt. Beispielsweise lässt sich
eine sechshubige Großkurbellwelle
mit einer von ca. 5,5 m in einer Zeit von unter 30 min vollständig scannen,
fügen und
auswerten. Mit dem beschriebenen Verfahren ist es des weiteren möglich, genaue
Einstellwerte für
die Spannvorrichtungen zur Zentrierung des Rohteils zu ermitteln.
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Wenn
in einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen
ist, dass die Rohteile nach dem Vermessen mit Vorgaben für ihre weitere Bearbeitung
beschriftet werden, so kann ein ansonsten notwendiges, manuelles
und damit sehr umständliches
Beschriften des Rohteils vermieden werden.
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Um
ein einfaches Zusammenfügen
der einzelnen Aufnahmen zu ermöglichen,
kann in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein,
dass Referenzpunkte auf der Oberfläche der Rohteile festgelegt
werden.
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Eine
vorrichtungsgemäße Lösung der
Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen von Anspruch 5.
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Mittels
der Scaneinrichtung und der mit derselben verbundenen Datenverarbeitungseinrichtung lässt sich
das erfindungsgemäße Verfahren
in sehr einfacher Weise ausführen,
wodurch sämtliche
der oben genannten Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens genutzt werden
können.
Hierbei ist die Vorrichtung vorteilhafterweise relativ einfach aufgebaut
und kann daher mit verhältnismäßig geringen Kosten
realisiert werden.
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Als
besonders vorteilhaft hinsichtlich einer schnellen und genauen Ermittlung
einer Vielzahl von Punkten auf der Oberfläche des Rohteils hat es sich erwiesen,
wenn die Scaneinrichtung als Kamera ausgebildet ist.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den restlichen Un teransprüchen. Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
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Es
zeigt:
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1 eine
Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens;
und
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2 eine
Vorderansicht der Vorrichtung gemäß dem Pfeil II aus 1.
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In
den 1 und 2 ist eine Vorrichtung 1 zum
Vermessen von Rohteilen 2, im vorliegenden Fall einer mechanisch
unbearbeiteten Großkurbelwelle 2a,
dargestellt. Unter Großkurbelwellen 2a werden
in diesem Zusammenhang Kurbelwellen mit einer Länge von mindestens 1,2 m verstanden,
wie sie beispielsweise in Panzern oder Schiffen eingesetzt werden.
Aus dem beispielsweise durch Schmieden hergestellten Rohteil 2 wird
durch mechanische Fertigbearbeitung, insbesondere durch eine spanabhebende
Bearbeitung, wie z. B. Drehen, Fräsen oder Schleifen, ein nicht
dargestelltes, maßhaltiges
Fertigteil, im vorliegenden Fall also die für den Einbau in eine Brennkraftmaschine
vorgesehene Großkurbelwelle 2a.
Da die zur mechanischen Fertigbearbeitung von Kurbelwellen erforderlichen
Vorgänge
an sich bekannt sind, wird hierin nicht näher darauf eingegan gen. Mit
der Vorrichtung 1 soll insbesondere ermittelt werden, ob
aus dem Rohteil 2 durch die mechanische Fertigbearbeitung
ein maßhaltiges
Fertigteil hergestellt werden kann. Das erforderliche Bearbeitungsaufmaß vor der
mechanischen Fertigbearbeitung kann beispielsweise 5 mm betragen.
Das heißt,
dass im vorliegenden Fall das Rohteil 2 im Vergleich mit
dem Fertigteil an jeder Stelle 5 mm größer sein muss als das Fertigteil.
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Zum
Durchführen
der Messung ist das Rohteil 2 beispielsweise zwischen zwei
einander gegenüberliegenden
Spanneinrichtungen 3 und 4 eingespannt, so dass
es von Hand oder mit entsprechenden Einrichtungen gedreht werden
kann. Gegebenenfalls kann das Rohteil 2 jedoch auch in
dieser Stellung fixiert sein. Die beiden Spanneinrichtungen 3 und 4 sind
Teil einer in ihrer Gesamtheit nicht dargestellten Zentriermaschine,
die in der Lage ist, die zur späteren
Bearbeitung notwendigen Zentrierbohrungen in das Rohteil 2 einzubringen.
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Die
Vorrichtung 1 weist eine Einrichtung 5 zum Vergleichen
von gemessenen Ist-Werten mit Soll-Werten einer Soll-Kontur des
Fertigteils oder einer Soll-Kontur des Rohteils 2 auf,
welche wiederum eine Scaneinrichtung 6 und eine mit der
Scaneinrichtung 6 verbundene Datenverarbeitungseinrichtung 7 aufweist.
Die Scaneinrichtung 6, welche vorzugsweise als Kamera ausgebildet
ist, ist in der Lage, eine Vielzahl von Punkten auf der Oberfläche des
Rohteils 2, also eine Punktwolke, zu vermessen, in dem
sie entsprechende Aufnahmen bzw. Scans von dem Rohteil 2 macht.
Die auch als Kamera bezeichnete Scaneinrichtung 6 projiziert
innerhalb ihres Scanfeldes eine Linie auf das Rohteil 2,
welche durch Verschiebung zu einer Fläche wird. Die Scandauer pro Aufnahme
kann beispielsweise ca. 2,5 s betragen. Zur Durchführung eines
Einrichtemodus kann die Scaneinrichtung 6 ein zusätzliches
Display aufweisen. Diese einzelnen Aufnahmen werden mittels der Datenverarbeitungseinrichtung 7 zu
einer dreidimensionalen Ist-Kontur
des Rohteils 2 zusammengefügt und mit der Soll-Kontur des Fertigteils
oder der Soll-Kontur des Rohteils 2 verglichen. Hierzu
können die
Soll-Werte des Fertigteils oder des Rohteils 2 beispielsweise
als CAD-Daten vorliegen. Wenn die Ist-Kontur des Rohteils 2 mit
der Soll-Kontur des Fertigteils verglichen wird, muss das Aufmaß für die spätere mechanische
Bearbeitung von z.B. 5 mm berücksichtigt
werden.
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Zum
Fügen der
einzelnen Aufnahmen werden nicht dargestellte Referenzpunkte auf
der Oberfläche
des Rohteils festgelegt, so dass die Datenverarbeitungseinrichtung 7 durch
Aufeinanderlegen der Referenzpunkte die einzelnen Aufnahmen in einfacher
Weise zusammenfügen
kann. Die Referenzpunkte werden mit der Einrichtung 5 mitgeführt, auf dem
Tisch der Zentriermaschine fest angebracht oder auf das Rohteil 2 aufgeklebt.
Um die einzelnen Aufnahmen zusammenfügen zu können, weisen diese eine Überdeckung
von jeweils ca. einem Drittel der gesamten Größe der Aufnahme auf. Das Ergebnis
des Soll-Ist-Vergleichs wird in Falschfarben dargestellt und gleichzeitig
wird ein Messprotokoll ausgegeben. Hierzu können an die Datenverarbeitungseinrichtung 7 ein
Display und ein Drucker angeschlossen sein, um die Ist- bzw. die
Soll-Kontur farbig anzuzeigen und um einen Ausdruck zu erstellen.
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Das
Messsystem arbeitet automatisch und berührungslos und ist in der Lage,
das Rohteil 2 vollflächig
zu erfassen, insbesondere im Hinblick auf sich durch die jeweilige
Konstruktion des Rohteils 2 ergebende Freiformflächen. Um
unterschiedlich geformte Rohteile 2 erfassen zu können, ist
die Scaneinrichtung 6 an einer in mehreren Achsen beweglichen,
im vorliegenden Fall als 6-Achsen-Roboter ausgebildeten Handhabungseinrichtung 8 angebracht,
welche auf einer Linearführung 9 geführt und
in Längsrichtung
des Rohteils 2 verschieblich ist. Durch die Handhabungseinrichtung 8 ist
es möglich,
die Scaneinrichtung 6 relativ zu dem Rohteil 2 zu
verfahren. Während
der Messung wird das Rohteil 2 durch die vorzugsweise mit
der Einrichtung 5 verbundene Steuerung gedreht und über die
angebrachten Referenzpunkte neu referenziert.
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Nach
dem Vermessen kann das Rohteil 2 mittels einer im vorliegenden
Fall an der Scaneinrichtung 6 angebrachten Beschriftungseinrichtung 10 zum
Beispiel mit Vor gaben für
seine weitere mechanische Bearbeitung oder seine Nachbearbeitung,
jedoch auch mit Einstellwerten mit Richtungsangaben zum Einstellen
von Spannfuttern, mit Angriffspunkten und Richtungen für spätere Richtvorgänge, mit
der Kontur des Referenzteils in Bereichen mit Untermaß sowie
mit Längen-
und Hubstellungsmarkierungen versehen werden. Die Beschriftungseinrichtung 10 kann
eine ähnliche
Arbeitsweise wie ein an sich bekannter Tintenstrahldrucker aufweisen,
wobei jedoch eine Flüssigkeit
verwendet werden sollte, die an dem Rohteil 2 anhaftet,
wie z.B. wasserfeste Tinte.
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Die
Scaneinrichtung 6 kann beispielsweise ein Scanfeld von
ca. 40 × 60
cm, einen Abstand von 1,2 m zum Bauteil, eine Scanfeldtiefe von
+/- 0,2 m und eine Scanzeit von ca. 2,5 s aufweisen. Durch die Größe des Scanfelds
kann das Rohteil 2 innerhalb sehr kurzer Zeit vollständig erfasst
werden, wobei im vorliegenden Fall die Zeitdauer zum Scannen, Berechnen,
Visualisieren und Beschriften eines Rohteils mit einer Länge von
5,5 m maximal ca. 30 min. beträgt.
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Zusätzlich zu
der Scaneinrichtung 6 kann die Vorrichtung 1 mit
anderen Messmitteln, z.B. taktilen oder optischen Messmitteln, ausgestattet
sein.