DE19707937A1

DE19707937A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Prüfen flacher Teile

Info

Publication number: DE19707937A1
Application number: DE1997107937
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr Boedrich; Hartmut Keune; Falk Dr Kittler
Original assignee: ROBOTEC GERABERG GmbH
Current assignee: ROBOTEC GERABERG GmbH
Priority date: 1997-02-27
Filing date: 1997-02-27
Publication date: 1998-09-03

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prüfen planparalleler, flacher Teile, insbesondere zum Prüfen der Dicke und der Keilförmigkeit zweier gegenüberliegender Werkstückoberflächen, bei dem die Dicke des zu prüfenden Teiles mit einer mechanischen Meßeinrichtung ermittelt wird.

Feste Körper für technische Zwecke sind durch die Art der Herstellung immer mit Fertigungsfehlern behaftet, so daß bei Überschreiten der Ferti gungstoleranzen ihre Funktionalität beeinträchtigt ist. Flache Teile, z. B. elektrische Kontaktplättchen oder Hartmetallplättchen, müssen insbeson dere in der Dicke und Planparallelität hohen Anforderungen genügen. Diese Teile sollen zur Erfüllung ihrer Funktion, z. B. beim Einsatz für elektrische Kontakte, einen größtmöglichem Flächenkontakt mit anderen ebenen Flächen gewährleisten.

Die Einhaltung der Dickentoleranz und die Keilförmigkeit derartiger Teile bestimmen wesentlich die Fehlerarmut bei der späteren Funktionserfüllung und die Verwendbarkeit bei der Verarbeitung mit Montageautomaten.

Hauptfehler bei flachen Teilen sind Dickenabweichungen und Keiligkeiten, die die zuverlässige Funktion der Teile behindern. Deshalb werden im und nach dem Fertigungsprozeß Meß- und Prüfvorrichtungen eingesetzt, die eine Klassifizierung und Sortierung ermöglichen.

Die im Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen gestat ten aber bei Fertigung mit großen Stückzahlen nur, die meßtechnische Überwachung der Dickentoleranz. Bei keiligen oder in sonstiger Weise unregelmäßigen Oberflächen können Toleranzunterschreitungen, z. B. Gestaltabweichungen 1.-6. Ordnung nach DIN 4760, nicht erfaßt werden. Insbesondere für elektrische Kontaktplättchen sind Prüf- und Sortiervor richtungen bekannt, bei denen mit Hilfe von Walzen eine Überprüfung erfolgt. Dabei sind zwei feinbearbeitete zylindrische Walzen, die sich gegeneinander drehen, im Abstand der Plättchendicke parallel angeordnet. Die Walzen haben an ihren beiden Walzenenden unterschiedlichen Abstand voneinander, wobei die Abstandsdifferenz der Toleranzfeldbreite der zu prüfenden und zu sortierenden Werkstücke entspricht. Die Werkstücke werden am Ende mit dem geringeren Walzenabstand von oben aufgebracht und wandern durch eine leichte Neigung der Walzen und durch die Walzendrehung zum anderen Walzenende. An der Stelle, an der die größte Walzendicke und der Teilchenabstand übereinstimmen, fallen die Teilchen durch den Walzenspalt nach unten hindurch. Dort können sie nach der größten Dicke geordnet aufgefangen und Sortiergruppen zugeordnet werden.

Zum gleichen Ergebnis kann man gelangen, indem die Teilchen mit Bügel meßschrauben oder mit einem Meßtasteraufbau mit parallelen Meßflächen ausgemessen werden.

Der Nachteil all dieser Verfahren ist, daß nur die größte Teilchendicke festgestellt werden kann, nicht aber eine Keilförmigkeit oder sonstige Gestaltabweichungen von der idealen Oberfläche. Eine meßtechnische Überprüfung im Untermaßbereich der Teilchen ist damit ausgeschlossen. Ein schnelles Messen in großen Stückzahlen ist mit diesen antastenden Meßverfahren nicht oder nur mit hohem Aufwand möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrich tung anzugeben, mit der in großen Stückzahlen gleichartige plättchenför mige feste Körper sowohl nach ihrer Dicke als auch nach ihren funktionsrelevanten Hauptformfehlern geprüft und gemessen werden können, wobei das Meßverfahren die späteren Einsatzbedingungen berück sichtigen soll.

Erfindungsgemäß gelingt die Lösung der Aufgabe mit einem Verfahren, bei dem sich die beiden ungefähr planparallelen Werkstückoberflächen des zu prüfenden Teiles kraft- und formschlüssig an die Prüfflächen anlegen, wobei die Wirkungslinie der Meßkraft normal zur Oberfläche gerichtet ist und ungefähr durch die Flächenschwerpunkte der Werkstückoberflächen gerichtet ist und sich eine der Prüfflächen momentenfrei an die Meßfläche anlegt.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, daß die Neigung der Prüfflächen mit einer Lichtstrahlablenkung ermittelt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung entsteht dadurch, daß zwei Prüfflächen zueinander mit drei Freiheitsgraden beweglich angeordnet sind, so daß das Werkstück eine lineare und zwei Drehbewegungen ausführen kann, die Vorrichtung eine Positioniereinrichtung enthält, mit der die Lage des Werkstücks so fixiert wird, daß die Wirkungslinie der Meßkraft durch die Flächenschwerpunkte der Werkstückoberfläche gerichtet ist und an der Vorrichtung eine optische Neigungsmeßeinrichtung angeordnet ist, mit der der größte Keilwinkel der Neigung der Prüfflächen gegeneinander ermittelt wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den zugehörigen Unteransprüchen angegeben.

Mit der Erfindung werden durch ein kombiniertes optisch-mechanisches Verfahren zwei ebene Prüffläche die beiden ungefähr planparallelen Werkstückoberflächen form- und kraftschlüssig so berührt, daß dabei die Wirkungslinie der Kraft durch den Flächenschwerpunkt gerichtet ist. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglichen es, in einem Meßvorgang gleichzeitig die Dicke und die Keilförmigkeit flacher Teile auch bei großen Stückzahlen mit hoher Effek tivität zu ermitteln. Die zu prüfenden Teile können schnell gemessen und klassifiziert werden, wobei eine Sortierentscheidung anhand des Toleranz feldes unmittelbar nach dem Meßvorgang gefällt werden kann.

Die Erfindung wird im folgendem anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Werkstück mit planparallelen Oberflächen,

Fig. 2 ein Werkstück mit keilförmigen Oberflächen,

Fig. 3 ein Werkstück, das neben der Keilförmigkeit noch eine flächenförmige Formabweichung aufweist,

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Vorrichtung und

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung der Vorrichtung.

Die Fig. 1 bis 3 erläutern die für den vorliegend Anwendungsfall relevanten Gestaltabweichungen eines Körpers mit planparallelen Sollflä chen. Das in Fig. 1 dargestellte Werkstück ist ein planparalleles Teilchen, daß keine Keilförmigkeit aufweist. Demgegenüber ist das Teilchen in Fig. 2 mit einer Keilförmigkeit behaftet. Die flachen Oberflächen sind eben, die Keilförmigkeit kann ist mit dem größten Keilwinkel zwischen diesen Ebenen beschrieben werden.

Bei einem in Fig. 3 dargestelltem realen Werkstück ist der Keilförmigkeit noch eine flächenförmige Formabweichung überlagert. Für diesen Fall kann die Keilförmigkeit durch den Keilwinkel ermittelt werden, in dem die unregelmäßigen zu prüfenden Flächen mit ebenen Meß- oder Prüfflächen bedeckt werden. Diese Flächen werden so auf die Teilchenoberflächen aufgelegt, daß die Wirkungslinie der Andruckkraft durch den Flächen schwerpunkt geht. Dadurch werden Flächenabweichungen zwischen realer Oberfläche und Prüffläche minimiert. Keilförmigkeit und Dickentoleranz müssen beide im vorgegebenen Toleranzbereich bleiben.

Die Fig. 4 und 5 erläutern die Wirkungsweise der Vorrichtung. Das Werkstück 1 legt sich bei der Prüfung an die obere Prüffläche 2.1 an, die am Anlagekörper 2 angebracht ist. Der Anlagekörper 2 kann sich um den gestellfesten Punkt 4, der hier durch ein kugelförmiges Teil realisiert ist, in zwei Freiheitsgraden drehend bewegen. Durch die definierte Anordnung des gestellfesten Punktes 4 und der definierten Lage des Werkstücks 1 in der Positioniereinrichtung wird gewährleistet, daß die Wirkungslinie W der Meßkraft durch die Flächenschwerpunkte der Werkstückoberflächen ge richtet ist. Das Werkstück 1 gelangt mit der Führungsschiene 5 in die für den Prüfvorgang erforderliche Sollage, wobei durch den mit einer Anlage kante versehenen Anschlag 6 die Lage des Werkstücks 1 in Bewegungs richtung definiert wird, während die Lage in der übrigen Freiheitsgraden durch die Führungsschiene 5 bestimmt wird.

Bezugszeichenliste

1

Werkstück

2

Anlagekörper

2.1

obere Prüffläche

3

linear beweglicher Teil des Dickenmessers

3.1

untere Prüffläche

4

gestellfester Punkt

5

Führungsschiene

6

Anschlag mit Anlagekante
W Wirkungslinie der Meßkraft

Claims

1. Verfahren zum Prüfen planparalleler, flacher Teile, insbesondere zum Prüfen der Dicke und der Keilförmigkeit zweier gegenüberliegender Werkstückoberflächen, bei dem die Dicke des zu prüfenden Teiles mit einer mechanischen Meßeinrichtung ermittelt wird, dadurch gekennzeich net, daß sich die beiden ungefähr planparallelen Werkstückoberflächen des zu prüfenden Teiles kraft- und formschlüssig an die Prüfflächen anlegen, wobei die Wirkungslinie der Meßkraft normal zur Oberfläche gerichtet ist und ungefähr durch die Flächenschwerpunkte der Werkstückoberflächen gerichtet ist und sich eine der Prüfflächen momentenfrei an die Meßfläche anlegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der Prüfflächen mit einer Lichtstrahlablenkung ermittelt wird.

3. Vorrichtung zum Prüfen planparalleler, flacher Teile, insbesondere zum Prüfen der Dicke und der Keilförmigkeit zweier gegenüberliegender Werkstück-oberflächen, die eine mechanische Meßeinrichtung enthält, mit der die Dicke des zu prüfenden Teiles ermittelt wird, dadurch gekenn zeichnet, daß

- zwei Prüfflächen zueinander mit drei Freiheitsgraden beweglich angeord net sind, so daß das Werkstück eine lineare und zwei Drehbewegungen ausführen kann,
- die Vorrichtung eine Positioniereinrichtung enthält, mit der die Lage des Werkstücks so fixiert wird, daß die Wirkungslinie der Meßkraft durch die Flächenschwerpunkte der Werkstückoberfläche gerichtet ist und
- an der Vorrichtung eine optische Neigungsmeßeinrichtung angeordnet ist, mit der der größte Keilwinkel der Neigung der Prüfflächen gegeneinander ermittelt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

- eine Prüffläche linearbeweglich angeordnet ist, wobei diese Prüffläche mit dem linear beweglichen Teil des Dickenmessers gekoppelt ist,
- die zweite Prüffläche um einen gestellfesten Punkt mit zwei Freiheitsgra den drehbar gelagert ist und
- die zweite Prüffläche mit einem Spiegel verbunden ist, der einen von einer gestellfesten Lichtquelle ausgesendeten Lichtstrahl auf einen gestell festen Sensor lenkt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensor ein Flächensensor verwendet wird, bei dem die sensitive Schicht in Form von konzentrischen Ringen ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle ein Laser ist, der einen dünnen Laserstrahl aussendet.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl auf eine Fläche projiziert wird und die Lage des dort entstehen den Lichtflecks mit einer Bildverarbeitungskamera ausgewertet wird.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Prüffläche mit einer justierbaren Auflage am Gestell befestigt ist.

9. Vorrichtung einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Positioniereinrichtung einen Anschlag mit einer Anlage kante und eine spielarme Führungsschiene enthält.