DE102016008631B4

DE102016008631B4 - Oberflächenprüfsystem für rotationssymmetrische Prüfteile mit verzahnter Oberflächenstruktur

Info

Publication number: DE102016008631B4
Application number: DE102016008631.9A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dietel; Martin Gube; Colin Landgraf; Catrin Urbanneck
Original assignee: Gpp Chemnitz Ges Fuer Prozessrechnerprogrammierung Mbh; Gpp Chemnitz Gesellschaft fur Prozessrechnerprogrammierung Mbh
Current assignee: Gpp Chemnitz Ges Fuer Prozessrechnerprogrammierung Mbh; Gpp Chemnitz Gesellschaft fur Prozessrechnerprogrammierung Mbh
Priority date: 2016-07-14
Filing date: 2016-07-14
Publication date: 2022-04-14
Anticipated expiration: 2036-07-15
Also published as: DE102016008631A1

Abstract

Oberflächenprüfsystem für ein rotationssymmetrisches Prüfteil (1) mit verzahnter Oberflächenstruktur, umfassend- einen Drehantrieb (7) zur Rotation des Prüfteils (1) entlang seiner Längsachse, wobei das Prüfteil (1) mit seiner einen Stirnfläche auf dem Drehantrieb (7) anordbar ist,- eine höhenverstellbare Feststelleinheit (2) zur Lagefixierung des Prüfteils (1), wobei das Prüfteil (1) mit seiner anderen Stirnfläche durch die dem Drehantrieb (7) gegenüberliegende Feststelleinheit (2) fixierbar ist,- einen 3D-Sensor (3), der auf einer gegenüber der Feststelleinheit (2) und parallel zur Längsachse verlaufenden Linearachse (4) axial verschiebbar angeordnet ist zur Abtastung der Gestalt des sich drehenden Prüfteils über die gesamte Länge, und- ein Kamerasystem (6), das auf einem XY-Verstellsystem (5) angeordnet ist zur Aufnahme der Oberfläche des Prüfteils (1), wobei mit den durch den Sensor ermittelten Werten des Prüfteiles (1) eine Grundeinstellung für das XY-Verstellsystem (5) bestimmbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Oberflächenprüfsystem für rotationssymmetrische Prüfteile mit verzahnter Oberflächenstruktur, insbesondere zur Prüfung und Qualitätskontrolle von Oberflächen von Wälzfräsern.
Wälzfräser sind Bearbeitungswerkzeuge, die einem Verschleiß unterlegen sind. Deshalb werden diese meist zyklisch nachgeschliffen bzw. geschärft. Danach werden diese mit einer sehr harten Verschleißschicht versehen. Dieser Prozess der zyklischen Beschichtung der Wälzfräser wird bisher nicht automatisch kontrolliert. Dies erfolgt bisher manuell-visuell.
Bei der Oberflächenbeschichtung treten prozessspezifische oder teilespezifische Fehler auf. Dazu werden bestimmte verfahrensspezifische Fehlerklassen festgelegt, nach denen die Prüfteile diagnostiziert werden. Wenn diese Prüfteile unterschiedliche körperliche Ausführungen aufweisen, gibt es bisher keine ausreichend effektive Lösung zur Präsentation der Prüfteile. Das trifft insbesondere dann zu, wenn ein hohes Spektrum an unterschiedlich geformten Wälzfräsern auf einem System geprüft werden soll.
Bekannt ist ein System für eine vollautomatische wirtschaftliche Komplettvermessung von Wälzfräsern auch erheblicher Größen (Prospekt „hobCheck - Die Universal-Messmaschine zum vollautomatischen Messen und Prüfen von zylindrischen Wälzfräsern“ der Firma E. Zoller GmbH & Co. KG, Gottlieb- Daimler- Straße 19, 74385 Pleidelsheim) mit Durchlichtbildverarbeitung, Auflichtkamera und Messtaster, mit dem mehr als 15 Parameter (wie Zahnprofil, Rundlauf/Taumel, Teilung) gemessen werden können. Die Auswertung der z. T. über 200 Messwerte, die Berechnung der Güteklassen und die grafische Protokollierung erfolgt vollautomatisch. Dieses Prüfsystem ist aber nur zur Vermessung geeignet, unterschiedliche Oberflächenqualität ist hiermit nicht prüfbar.
Aus DE 20 2015 000 233 U1 ist eine Abrolleinheit mit mindestens einem Kamerasystem bekannt, bei dem ein Prüfteil zwischen zwei Abrollwellen abgelegt ist und bei der mindestens ein verstellbarer bildhafter Oberflächenaufnahmesensor derart angeordnet ist, dass mit einem Spiegelsystem und einer Beleuchtungseinrichtung die zu diagnostizierende Mantelfläche des Prüfteiles durch den Oberflächenaufnahmesensor aufgenommen wird. Mit diesem Prüfsystem können wegen der Geometrie der Abrolleinheit nur eine vorher definierte und damit eingeschränkte Teilevielfalt geprüft werden.
Aus DE 20 2009 002 318 U1 ist ein Einstell- und/oder Messgerät mit einer drehbaren Werkzeugaufnahme zur segmentweisen Ermittlung eines Werkzeuggeometriedatensatzes zur Bestimmung der Verarbeitungsparameter in Werkzeugmaschinen bekannt.
DE 20 2006 005 465 U1 beschreibt ein Werkzeugmessgerät zur Vermessung eines Werkzeugs in einem Werkzeughalter, um Werkzeuge exakt in eine z.B. mehrspindelige Werkzeugaufnahme zu positionieren und nachzumessen.
Aus DE 20 2005 015 485 U1 ist ein Mess- und/oder Einstellgerät mit einer Bilderfassungseinheit bekannt, das eine Kamera zur Bildspeicherung und Kontrolle von Werkzeugen mit ein oder mehreren Werkzeugschneiden zur Erfassung der Wirkkontur enthält, um den Verschleiß des Werkzeuges visuell zu erfassen.
DE 10 2014 100 393 A1 betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Schlüssels und eine Vorrichtung zur Aufnahme der Oberfläche eines entsprechend hergestellten Schlüssels. Ein Schlüssel ist allerdings kein rotationssymmetrisches Objekt, sondern ein flächiges Objekt. Sofern ein Schlüssel mit einer rotationssymmetrischen Kontur ausgebildet würde, könnte er seine Funktion nicht erfüllen, weil dann keine Vorsprünge am Schlüssel die im Schloss angeordneten Sperrstifte verlagern könnten. Somit ist diese technische Lösung nur für flächige Objekte geeignet und kann ohnehin nicht die gesamte Längskontur erfassen. Denn der Schlüssel wird hier rechtwinklig zu seiner Längsrichtung eingespannt. Dabei drückt ein mit Federkraft beaufschlagter Klemmbacken den Schlüssel gegen einen Festbacken und fixiert ihn. Durch die Klemmung wird ein Abschnitt des Schlüssels als zu prüfendes Objekt zwangsläufig in Längsrichtung durch Klemmteile verdeckt, so dass diese Abschnitte auch nicht messtechnisch erfassbar sind.
Mit allen oben erläuterten Prüf- oder Messsystemen ist es demzufolge nicht möglich, die für den Beschichtungsprozess relevanten Eigenschaften und die Oberflächenqualität von rotationssymmetrischen Prüfteilen mit verzahnter Oberflächenstruktur mit einem großen Längenspektrum zu prüfen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Oberflächenprüfsystem für rotationssymmetrische Prüfteile mit verzahnter Oberflächenstruktur zu schaffen, mit dem eine Qualitätskontrolle unterschiedlichster Prüfteilformen und Prüfteillängen möglich ist.
Wenn die Oberfläche rotationssymmetrischer Prüfteile mit verzahnter Oberflächenstruktur beschichtet wird, muss eine Qualitätskontrolle einerseits vor dem Beschichten, aber auch nach dem Beschichten erfolgen. Vor der Beschichtung können der Verschleißgrad oder fehlerhafte Zähne erkannt bzw. der IST-Zustand des Prüfteiles oder Wälzfräsers dokumentiert werden, um daraus auf die Beschichtungsfähigkeit des Wälzfräsers zu schließen. Eine Prüfung nach der Beschichtung soll die Qualitätskontrolle des Gesamtprozesses der Wiederaufarbeitung des Werkzeuges ermöglichen. Daraus ergibt sich ein Vorteil, weil der Zustand der Werkzeuge dokumentiert und damit die Standzeit erhöht werden kann.
Die Aufgabe wird mit einem Oberflächenprüfsystem gelöst, das folgende Baugruppen umfasst:

- einen Drehantrieb zur Rotation des Prüfteils entlang seiner Längsachse, wobei das Prüfteil mit seiner einen Stirnfläche auf dem Drehantrieb anordbar ist,
- eine höhenverstellbare Feststelleinheit zur Lagefixierung des Prüfteils, wobei das Prüfteil mit seiner anderen Stirnfläche durch die dem Drehantrieb gegenüberliegende Feststelleinheit fixierbar ist,
- einen 3D-Sensor, der auf einer gegenüber der Feststelleinheit und parallel zur Längsachse verlaufenden Linearachse axial verschiebbar angeordnet ist zur Abtastung der Gestalt des sich drehenden Prüfteils über die gesamte Länge und
- ein Kamerasystem, das auf einem XY-Verstellsystem angeordnet ist zur Aufnahme der Oberfläche des Prüfteils, wobei mit den durch den Sensor ermittelten Werten des Prüfteiles eine Grundeinstellung für das XY-Verstellsystem bestimmbar ist.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass mit dem erfindungsgemäßen Oberflächenprüfsystem mit verschiedenen bildhaften Oberflächenaufnahmesensoren kleine Losgrößen, bis insbesondere zu Einzelstücken, geprüft werden können. Die Prüfbauteilart, z.B. die Wälzfräserart, die Größe werden automatisch erkannt, wodurch eine Prüfprozessparametrierung erfolgt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die dazugehörige Zeichnung zeigt in

1 eine perspektivische Ansicht eines Oberflächenprüfsystems für Wälzfräser
2 eine andere Darstellung der Vorderansicht des Oberflächenprüfsystems ohne Wälzfräser
3 die Draufsicht auf das Oberflächenprüfsystems für Wälzfräser
4 eine andere Darstellung der Vorderansicht des Oberflächenprüfsystems mit Wälzfräser

In den 1 bis 4 sind verschiedene Ansichten eines Oberflächenprüfsystems für rotationssymmetrische Prüfteile mit verzahnter Oberflächenstruktur, beispielsweise Wälzfräser, dargestellt. Ein Prüfteil 1 ist auf einem Drehantrieb 7 angeordnet und wird durch eine Feststelleinheit 2 auf dem Drehantrieb 7 fixiert. Die Feststelleinheit 2 ist höhenverstellbar, damit verschiedenlange Prüfteile 1 geprüft werden können. Gegenüber der Feststelleinheit 2 ist auf einer Linearachse 4 ein axial verschiebbarer 3D-Sensor 3 derart angeordnet, dass er die gesamte Länge des Prüfteiles 1 abtasten kann. Versetzt, beispielsweise rechtwinklig, zur Anordnung Feststelleinheit 2 - Prüfteil 1 - Linearachse 4 ist ein XY-Verstellsystem 5 mit einem Kamerasystem 6, das aus mindestens einer Kamera besteht, angeordnet.
Das Kamerasystem 6 ist mittels der XY-Verstelleinheit 5 in zwei Richtungen X und Y verstellbar. Wenn die Prüfteile 1, beispielsweise die Wälzfräser, große und auch kleine Durchmesser haben, muss die Fokusebene für das Kamerasystem 6 dementsprechend eingestellt werden. Mit der dieser Verstellung in X-Richtung, einer axialen Verstellung, wird mit einer prüfteilspezifischen Autofokusfunktion die Grundeinstellung des Prüfsystems realisiert. Nach der automatisierten Grundeinstellung des Prüfsystems werden in einem oder mehreren Schritten die komplette Mantelfläche mittels des Kamerasystems 6 aufgenommen. Durch eine Verstellung in Y-Richtung, einer vertikalen Verstellung, werden nacheinander verschiedene Sichten auf das Prüfteil 1 ermöglicht, so können Kopf-, Brust- und Rückenfläche von Zähnen unterschiedlicher Ausprägung und Spanwinkeln aufgenommen werden. Bei komplexen Prüfteilen 1 werden die Verstellungen in beiden Richtungen X und Y iterativ wiederholt, um die gesamte Oberfläche des Prüfteiles 1 aufzunehmen.
Um die Oberflächenprüfaufgabe zu erfüllen wird ein Prüfteil 1, zum Beispiel ein Wälzfräser, manuell oder automatisiert in das Prüfsystem eingesetzt und mit einer Feststelleinheit 2 fixiert. Nach Schließen einer nicht dargestellten Tür des Prüfsystems wird die Betriebsbereitschaft hergestellt und das Prüfteil 1 wird durch den Drehantrieb 7 in Drehung versetzt. Dabei wird mit dem 3D-Sensor 3, welcher axial auf der Linearachse 4 verschoben wird, die Gestalt des sich drehenden Prüfteiles 1 abgetastet. Mit den somit ermittelten Werten des Prüfteiles 1 wird die notwendige Grundeinstellung bestimmt und das auf dem XY-Verstellsystem 5 befindliche Kamerasystem 6 in eine optimale Position verstellt. Die optimale Position der Fokusebene ergibt sich aus der Bildschärfe der bildhaften Abbildungen. Damit unterschiedlich strukturierte Prüfteile 1 geprüft werden können, wird das Kamerasystem 6 durch die XY-Verstellsystem 5 verstellt. Das Kamerasystem 6 kann aus mehreren Kameras, Zeilen- und/oder Flächenkameras, im Ausführungsbeispiel aus drei Zeilenkamerasystemen (2) bestehen. Damit ist das Oberflächenprüfsystem für Wälzfräser ein modulares und kaskadierbares Prüfsystem.
Ist der optimale Abstand zwischen den Kameras des Kamerasystems 6 und dem Prüfteil 1 eingestellt worden, wird mit dem Kamerasystem 6, die Oberfläche des Prüfteiles 1 während der Drehung aufgenommen. Ist das Prüfteil 1 durch den Drehantrieb 7 in Rotation versetzt worden, kann der Bildaufnahmevorgang beginnen. Eine notwendige Beleuchtung 8 des Prüfteiles 1 erfolgt über beidseitig angebrachte, gemeinsam mit dem Kamerasystem 6 verstellbare Linienlichter. Damit wird eine optimale Ausleuchtung der Oberfläche während des Bildaufnahmevorganges des Prüfteiles 1 erreicht. Dazu wird das komplette Kamerasystem 6, welches auf dem XY-Verstellsystem 5 installiert ist, derart verschoben, dass die unterschiedlich strukturierte Oberfläche des Prüfteiles 1 vollständig aufgenommen wird, beispielsweise bei Wälzfräsern die Kopffläche, die Vorder- und die Rückseite der Module.
Eine Umdrehung des Prüfteiles 1 ist für den Prüfprozess ausreichend, sofern nicht verschiedene Wellenlängen zur Auswertung erforderlich sind.
Nach der Bildaufnahme erfolgt die Bildauswertung mittels eines Auswerterechners. Die Ergebnisausgabe erfolgt auf einem Monitor gemeinsam mit dem aufgenommen Gesamtbild. Eine Fehlerbewertung wird als Ergebnisausgabe mit dem aufgenommenen Abbild des Prüfteiles 1 visualisiert.
Bezugszeichenliste

1: Prüfteil
2: Feststelleinheit
3: 3D-Sensor
4: Linearachse
5: XY-Verstellsystem
6: Kamerasystem
7: Drehantrieb
8: Beleuchtung

Claims

Oberflächenprüfsystem für ein rotationssymmetrisches Prüfteil (1) mit verzahnter Oberflächenstruktur, umfassend - einen Drehantrieb (7) zur Rotation des Prüfteils (1) entlang seiner Längsachse, wobei das Prüfteil (1) mit seiner einen Stirnfläche auf dem Drehantrieb (7) anordbar ist, - eine höhenverstellbare Feststelleinheit (2) zur Lagefixierung des Prüfteils (1), wobei das Prüfteil (1) mit seiner anderen Stirnfläche durch die dem Drehantrieb (7) gegenüberliegende Feststelleinheit (2) fixierbar ist, - einen 3D-Sensor (3), der auf einer gegenüber der Feststelleinheit (2) und parallel zur Längsachse verlaufenden Linearachse (4) axial verschiebbar angeordnet ist zur Abtastung der Gestalt des sich drehenden Prüfteils über die gesamte Länge, und - ein Kamerasystem (6), das auf einem XY-Verstellsystem (5) angeordnet ist zur Aufnahme der Oberfläche des Prüfteils (1), wobei mit den durch den Sensor ermittelten Werten des Prüfteiles (1) eine Grundeinstellung für das XY-Verstellsystem (5) bestimmbar ist.
Oberflächenprüfsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kamerasystem (6) aus mindestens einer Kamera besteht.
Oberflächenprüfsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kamerasystem (6) aus mehreren Kameras besteht.
Oberflächenprüfsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kameras Zeilen- und/oder Flächenkameras sind.
Oberflächenprüfsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es kaskadierbar ist.