DE10258493A1

DE10258493A1 - Verfahren zur Bestimmung von Krümmungsradien einer Kontur

Info

Publication number: DE10258493A1
Application number: DE2002158493
Authority: DE
Inventors: Thilo Regitz; Martin Lambert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-12-14
Filing date: 2002-12-14
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2022-12-15
Also published as: DE10258493B4

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Bestimmung von Krümmungsradien einer erfassten Kontur (10) vorgeschlagen, bei dem die erfasste Kontur (10) in Konturteilabschnitte (12) aufgeteilt wird und die Krümmungsradien der Konturteilabschnitte (12) bestimmt werden, wobei die Konturteilabschnitte (12) die gleiche vorbestimmte Länge haben. Die Bestimmung der Krümmungsradien ist dadurch reproduzierbar.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Bestimmung von Krümmungsradien nach der Gattung des Patentanspruchs 1.
Bei einem bekannten Verfahren wird der Radius einer Kontur bestimmt, indem die Kontur mit einer geeigneten Messvorrichtung erfasst und gefiltert wird. Danach wählt die die Messvorrichtung bedienende Person einen Teilabschnitt der Kontur aus. Dieser Teilabschnitt sollte die gesamte Krümmung der Kontur umfassen, nicht aber angrenzende gerade Stücke. Die Auswahl erfolgt gemäß dem Ermessen und der Erfahrung der die Messvorrichtung bedienenden Person. In den ausgewählten Teilabschnitt legt ein Auswerteprogramm einen Kreis, der bestmöglichst an die Kontur angepasst ist. Die Kontur im Teilabschnitt wird durch diesen Kreis annährend bestimmt und der zugehörige Radius dem Teilabschnitt als Krümmungsradius zugeordnet.
Diese Methode der Bestimmung von Krümmungsradien der Kontur hängt stark von der bedienenden Person ab und ist nur schwer reproduzierbar. Die Wahl der Größe des Teilabschnitts, in dem die Kontur durch einen Kreis angenähert wird, liegt im Ermessen der bedienenden Person.
Die Vorgehensweise des Standes der Technik ist in der 3 erläutert. Die Kontur 1 eines Werkstücks wird erfasst und aufgezeichnet. Die Kontur 1 soll durch eingeschriebene Kreise angenähert werden. Eine Person wählt nach den oben genannten Kriterien einen Teilabschnitt der Kontur aus, deren angenäherter eingeschriebener Kreis bestimmt wird. Wird der Bereich zwischen den Pfeilen 2, 3 ausgewählt, so wird die Kontur 1 in diesem Bereich durch die Krümmung des Kreises 4 angenähert und der Krümmungsradius dieses Kreises 4 bestimmt. Wählt die Person einen anderen Bereich, z.B. zwischen den Pfeilen 5, 6, so wird die Kontur in diesem Bereich durch den Kreis 7 angenähert. Der Kreis 8 ist im Beispiel der kleinste Kreis, durch den ein Teilabschnitt der Kontur 1 angenähert wird. Entsprechend weist der Kreis 8 den kleinsten Krümmungsradius auf. Es ist jedoch nicht auszuschließen, dass die bedienende Person durch eine andere Wahl eines Teilabschnitts einen kleineren Kreis gefunden hätte. Außerdem ist nicht sicher gestellt, dass bei einer identischen Kontur derselbe kleinste Radius gefunden wird. Eine Abweichung ergibt sich schon, wenn der Teilabschnitt, der durch einen Kreis angenähert wird, nur geringfügig anders gewählt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine reproduzierbare Bestimmung des Radius einer Kontur. Die Bestimmung des Radius ist unabhängig von der die Messvorrichtung bedienenden Person. Eine reproduzierbare Bestimmung der Krümmungsradien ist insbesondere von Bedeutung bei der Auswertung von Konturen, die Abweichungen von einer idealen Krümmung aufweisen und deren Krümmungsradien funktionsentscheidend sind. Dies kann bei Produkten der Fall sein, bei denen Bohrungsverschneidungen verrundet werden müssen, um die Funktion oder Bauteilfestigkeit zu gewährleisten. Beispielsweise ist dies bei Bauteilen des Common Rail Dieseleinspritzsystems, wie der Hochdruckpumpe, dem Rail und dem Injektor, der Fall, die wegen der hohen im Betrieb auftretenden Drücke Rundungen mit Mindestradien aufweisen müssen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann automatisiert ausgeführt werden. Weiterhin kann gezielt der kleinste Krümmungsradius, den eine Kontur enthält, ermittelt werden. Die Erfindung findet Einsatz bei Messgeräten in der Qualitätssicherung.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstands der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

Die Durchführung des Verfahrens ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
1 ein Diagramm, in dem in einer ersten Kurve die Kontur eines Gegenstandes und in einer zweiten Kurve der in einem Konturabschnitt ermittelte Krümmungsradius entlang der Kontur aufgetragen ist;
2 ein Diagramm, in dem in einer ersten Kurve der Krümmungsradius und in einer zweiten Kurve die Position des kleinsten Radius entlang der Kontur in Abhängigkeit von der Größe des vorgegebenen Bereichs aufgezeichnet ist; und
3 eine Darstellung eines Verfahrens des Standes der Technik.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Das erfindungsgemäße Verfahren ist in der 1 dargestellt. Zunächst wird eine Kontur 10 einer interessierenden Kante eines Bauteils erfasst. Dies kann durch mechanische Abtastung oder berührungslos optisch erfolgen. Es ist denkbar, die Kontur 10 schrittweise oder kontinuierlich zu erfassen. Unter Erfassung der Kontur wird im Sinne der Erfindung das Abtasten und gegebenenfalls das sich anschließende Speichern der abgetasteten bzw. gemessenen Kontur in einem geeigneten Speichermedium verstanden. Anschließend wird ein vorgegebener Bereich 11 über die erfasste Kontur 10 gelegt und entlang der Kontur bewegt. Der vorgegebene Bereich 11 kann auch als Fenster bezeichnet werden, das über die erfasste Kontur 10 läuft. Durch den vorgegebenen Bereich 11 wird ein Teilabschnitt 12 der Kontur 10 festgelegt, für den ein Kreis berechnet wird, dessen Krümmung die Kontur 10 im Teilabschnitt 12 annähert. Die Berechnung des Kreises erfolgt mit an sich bekannten mathematischen Verfahren, z.B. mittels kleinster Fehlerquadrate. Die Größe des vorgegebenen Bereichs 11 kann festgelegt werden, ehe die Kreise mit zugehörigen Krümmungsradien bestimmt werden, so dass alle Teilabschnitte, in denen der Krümmungsradius bestimmt wird, gleich groß sind. Der vorgegebene Bereich 11 kann kontinuierlich oder schrittweise über die Kontur 10 bewegt werden bzw. laufen. Der Kümmungsradius, der für einen Teilabschnitt 12 ermittelt wurde, wird in einem gesonderten Diagramm 13 aufgetragen. Dabei wird auf der Achse 14 (R) der ermittelte Krümmungsradius der Kontur 10 innerhalb des vorgegebenen Bereichs 11 und auf der Achse 15 der Position (d) des Fensters 11 entlang der Kontur 10 aufgetragen. In der in der 1 gezeigten Position des vorgegebenen Bereichs 11 wird der Krümmungsradius eines nahezu geraden Abschnitts der Kontur 10 ermittelt. Dies bedeutet einen sehr großen, insbesondere gegen unendlich gehenden Krümmungsradius. Ein sehr großer Krümmungsradius bedeutet eine nahezu ideale Krümmung. Der Krümmungsradius wird in das Diagramm 13 eingetragen, wobei vorgesehen sein kann, dass bei einem einen Maximalwert übersteigenden, d.h. nicht kritischen Radius, der Maximalwert in das Diagramm 13 eingetragen wird. Läuft der vorgegebene Bereich 11 weiter nach rechts, so verändert sich die Kontur 10. Ein einen Teilabschnitt annähernder Kreis weist einen geringeren Krümmungsradius auf. Dies ist in der Krümmungsradiuskurve 16 an der Stelle 17 zu erkennen. Wenn der vorgegebenen Bereich 11 über die gesamte Kontur 10 gelaufen ist, lässt sich dem Diagramm 13 entnehmen, an welcher Position des vorgegebenen Bereichs 11 bzw. Fensters die Kontur 10 durch Kreise mit dem kleinsten Krümmungsradius angenähert wird. Es kann dann entschieden werden, ob diese Krümmungsradien für das abgetastete Bauteil noch vertretbar sind ober ob das Bauteil nicht verwendet werden darf bzw. wo die Kontur abgerundet werden muss. Die Auswertung kann auch derart erfolgen, dass gezielt nach einem kleinsten Krümmungsradius gesucht wird. Ein kleiner Krümmungsradius kann aber auch durch eine Abweichung von einer idealen Krümmungslinie verursacht werden, z.B. einer Einkerbung in der Oberfläche eines Bauteils. Wenn beispielsweise bekannt ist, dass ein Krümmungsradius < 20 μm gefährlich und daher nicht akzeptabel ist, kann der Bereich 11 beispielsweise 10 μm groß gewählt werden und können Krümmungsradien erfasst werden, die kleiner sind, als der im Beispiel genannte Radius von 20 μm. Dabei kann der vorgegebene Bereich 11 in Schritten von beispielsweise 1 μm verfahren werden, so dass sich die Teilbabschnitte 12 der Kontur 10, für die der Krümmungsradius ermittelt wird, überlappen. Die Bestimmung der Krümmungsradien kann in einem bereits erfassten Konturabschnitt bereits beginnen, während die restliche Kontur 10 noch abgetastet wird. Alternativ kann erst die vollständige Erfassung der Kontur 10 erfolgen und können die Krümmungsradien der Konturteilabschnitte 12 zu einem späteren Zeitpunkt erfolgen.
Die Bestimmung des der Kontur 10 in dem vorgegebenen Bereich 11 zugeordneten Krümmungsradius kann mehrmals durchgeführt werden, wobei bei jedem Durchgang der vorgegebene Bereich 11 vergrößert wird. Beispielsweise kann der kleinste vorgegebene Bereich 11 drei Messpunkte der Kontur 10 umfassen und kann der größte vorgegebene Bereich 11, für den der Krümmungsradius der Kontur 10 ermittelt wird, so gewählt werden, dass der gewünschte Krümmungsradius der Kante des Bauteils bestimmt werden kann. Diesen Radius der bewusst erzeugten Kante kann man so von aus den Rauhigkeiten oder Oberflächenbeschädigungen gemessenen Radien unterscheiden. Als Ergebnis erhält man den jeweils kleinsten Krümmungsradius der Kontur 10 in Abhängigkeit von der Größe des vorgegebenen Bereichs 11. In der 2 ist ein Diagramm 20 gezeigt, in dem mit einer ersten Kurve 21 der Krümmungsradius (R) in Abhängigkeit von der Größe des vorgegebenen Bereichs 11 (B) dargestellt ist, wobei im Beispiel die Kontur 10 in 1 μm-Schritten abgetastet wurde, so dass ein vorgegebener Bereich 11 der Größe 21 μm 21 Messpunkte umfasst. Im Beispiel wurden für vorgegebene Bereiche 11, die zwischen 3 und 21 Messpunkte umfassen, also Größen des vorgegebenen Bereichs 11 zwischen 3 und 21 μm, Krümmungsradien von Oberflächenbeschädigungen oder Oberflächenrauhigkeiten der erfassten Kontur ermittelt. Aus der zweiten Kurve 22, mit der die Position (P) des kleinsten Krümmungsradius entlang der Kontur 10 in Abhängigkeit von der Größe des vorgegeben Bereichs und damit in Abhängigkeit von der Länge des Konturteilabschnitts 12 dargestellt ist, erkennt man, dass die aufgefundenen kleinsten Krümmungsradien an unterschiedlichen Stellen der Kontur 10 auftreten. Die Position des kleinsten Krümmungsradius kann parallel mit dem kleinsten Krümmungsradius ermittelt werden. Ab einer bestimmten Größe des vorgegebenen Bereichs 11 wird nur noch der Krümmungsradius der interessierenden Kante ermittelt, deren Kontur 10 erfasst wurde. Der ermittelte Krümmungsradius der Kante steigt proportional zur Größe des vorgegebenen Bereichs 11, wie in 3 für Größen des vorgegebenen Bereichs > 21 μm. An der annähernd gleichbleibenden Position des kleinsten ermittelten Krümmungsradius für vorgegebene Bereiche > 22 μm (Kurve 22) erkennt man, dass es sich immer um denselben Krümmungsradius handelt. Der kleinste ermittelte Krümmungsradius an dieser Position der Kontur 10 entspricht dem tatsächlichen Krümmungsradius der Kante, im Beispiel 22 μm. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann daher zwischen dem (gewünschten) Krümmungsradius der Kante eines Bauteils und den Krümmungsradien der Oberflächenbeschaffenheit (Kratzer, Rauhigkeiten) unterschieden werden.

Claims

Verfahren zur Bestimmung von Krümmungsradien einer erfassten Kontur (10) bei dem die erfasste Kontur (10) in Konturteilabschnitte (12) aufgeteilt wird und die Krümmungsradien der Konturteilabschnitte (12) bestimmt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturteilabschnitte (12) die gleiche vorbestimmte Länge haben.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich benachbarte Konturteilabschnitte (12) überlappen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erfasste Kontur (10) automatisch in Konturteilabschnitte (12) aufgeteilt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmungsradien der Konturteilabschnitte (12) kontinuierlich oder schrittweise bestimmt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unter den ermittelten Krümmungsradien der kleinste Krümmungsradius mit zugehörigem Konturteilabschnitt (12) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Konturteilabschnitts (12) durch einen vorgegebenen Bereich (11), insbesondere ein Fenster, festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des vorgegebenen Bereichs (11) wählbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des vorgegebenen Bereichs so gewählt ist, dass der vorgegebene Bereich (11) mindestens drei Messpunkte der erfassten Kontur umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des vorgegebenen Bereichs (11) so gewählt ist, dass der kleinste erlaubte Krümmungsradius der Kontur (10) bestimmbar ist
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass nur Krümmungsradien, die kleiner sind als die Größe des vorgegebenen Bereichs (11), ermittelt und/oder erfasst werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Krümmungsradien in den Konturteilabschnitten (12) mehrmals erfolgt, wobei für jeden Durchgang die Länge des Konturteilabschnitts (12) unterschiedlich ist.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Durchgang die Länge des Konturteilabschnitts ausgehend von einer vorgegebenen kleinsten Länge schrittweise bis zu einer frei wählbaren größten Länge erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der kleinste ermittelte Krümmungsradius und/oder die Position des kleinsten ermittelten Krümmungsradius in Abhängigkeit von der Länge des Konturteilabschnitts (12) erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsradius der der erfassten Kontur zugrundeliegenden bewusst erzeugten Kante erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der kleinste Krümmungsradius in Abhängigkeit von der Länge des vorgegebenen Bereichs ausgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der Kontur (10) durch mechanische Abtastung erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der Kontur (10) optisch erfolgt, insbesondere durch Scannen.
Computerprogrammprodukt eingerichtet zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 17.
Messvorrichtung programmtechnisch hergerichtet zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 17.