WO2008000411A1 - Verfahren und vorrichtung zum vermessen von rohteilen - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for measuring raw parts, in particular mechanically unprocessed large crankshaft, according to the closer defined in the preamble of claim 1. Art Furthermore, the invention relates to an apparatus for measuring raw parts, in particular of mechanically unprocessed large crankshaft.
- a generic method and a corresponding device are known from EP 0 081 376 A2.
- a plurality of points on the surface of the blank are successively determined on a crankshaft for an internal combustion engine by means of a laser rangefinder, and from this the envelope of the blank is calculated. It is then determined whether the machined finished part fits into the envelope of the blank.
- the time for measuring a blank can be greatly reduced, which leads to a considerable cost saving, which also contributes to the reduction of rejects during the subsequent mechanical finishing.
- a six-stroke Caubeilwelle with one of about 5.5 m in a time of less than 30 min can be completely scan, add and evaluate.
- reference points are defined on the surface of the blanks.
- a device according to the object of the problem results from the features of claim 5.
- the method according to the invention can be carried out in a very simple manner, whereby all the above-mentioned advantages of the method according to the invention can be utilized.
- the device is advantageously relatively simple and can therefore be realized at relatively low cost.
- Fig. 1 is a side view of the device according to the invention for carrying out the method according to the invention.
- Fig. 2 is a front view of the device according to the arrow II of Fig. 1st
- FIGS. 1 and 2 show an apparatus 1 for measuring blanks 2, in the present case a mechanically untreated large crankshaft 2 a.
- large crankshafts 2a are understood in this context crankshafts with a length of at least 1.2 m, as used for example in tanks or ships.
- From the example produced by forging blank 2 is by mechanical finishing, in particular by a machining, such.
- dimensionally stable finished part in the present case, therefore, provided for installation in an internal combustion engine large crankshaft 2a. Since the operations required for the mechanical finishing of crankshafts are known per se, this will not be discussed further here.
- the required machining allowance before the mechanical finish machining can be, for example, 5 mm. This means that in the present case, the blank 2 must be 5 mm larger than the finished part at any point in comparison with the finished part.
- the blank 2 is clamped, for example, between two opposite clamping devices 3 and 4, so that it can be turned by hand or with corresponding devices. If necessary, the raw material Part 2, however, be fixed in this position.
- the two clamping devices 3 and 4 are part of a centering machine, not shown in its entirety, which is able to introduce necessary for later processing centering holes in the blank 2.
- the device 1 has a device 5 for comparing measured actual values with nominal values of a nominal contour of the finished part or a nominal contour of the blank 2, which in turn has a scanning device 6 and a data processing device 7 connected to the scanning device 6.
- the scanning device 6, which is preferably designed as a camera, is capable of measuring a multiplicity of points on the surface of the blank 2, that is to say a point cloud, in which it makes corresponding recordings or scans from the blank 2.
- the scanning device 6, also referred to as a camera projects within its scan field a line onto the blank 2, which becomes a surface by displacement. For example, the scan duration per shot may be approximately 2.5 s.
- the scanning device 6 can have an additional display.
- the data processing device 7 to a three-dimensional actual contour of the blank 2 and compared with the desired contour of the finished part or the desired contour of the blank 2.
- the target values of the finished part or of the blank 2 can be present, for example, as CAD data. If the actual contour of the blank 2 is compared with the desired contour of the finished part, the allowance for the subsequent mechanical processing of e.g. 5 mm.
- reference points are set on the surface of the blank, so that the data processing device 7 by stacking the Reference points can easily combine the individual recordings.
- the reference points are carried with the device 5, fixedly mounted on the table of the centering or glued onto the blank 2.
- they In order to assemble the individual recordings, they have an overlap of approximately one third of the total size of the recording.
- the result of the target / actual comparison is displayed in false colors and at the same time a measurement report is output.
- a display and a printer can be connected to the data processing device 7 in order to display the actual or the target contour in color and to create a printout.
- the measuring system operates automatically and without contact and is able to detect the blank 2 over the entire surface, in particular with regard to free-form surfaces resulting from the respective construction of the blank 2.
- the scanning device 6 is mounted on a handling device 8 which is movable in several axes and in the present case embodied as a ⁇ -axis robot, which is guided on a linear guide 9 and displaceable in the longitudinal direction of the blank 2.
- the handling device 8 it is possible to move the scanning device 6 relative to the blank 2.
- the blank 2 is rotated by the controller, preferably connected to the device 5, and re-referenced via the attached reference points.
- labeling device 10 After measuring the blank 2 by means of an attached in the present case to the scanning device 6 labeling device 10, for example, with specifications for its further mechanical processing or its post-processing, but also with settings with direction information for setting chucks, with points and directions for later straightening , with the contour of the reference part in areas with Undersize and provided with length and Hubwolfsmark isten.
- the labeler 10 may have a similar operation as a per se known inkjet printer, but a liquid adhered to the blank 2, such as water-resistant ink, should be used.
- the scanning device 6 may, for example, a scan field of about 40 x 60 cm, a distance of 1.2 m to the component, a scanning depth of +/- 0.2 m and a scan time of about 2.5 s. Due to the size of the scan field, the blank 2 can be completely detected within a very short time, in the present case, the period for scanning, calculating, visualizing and labeling a blank with a length of 5.5 m maximum about 30 min. is.
- the device 1 can be combined with other measuring means, e.g. tactile or optical measuring means equipped.
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Abstract
Bei einem Verfahren zum Vermessen von Rohteilen (2), insbesondere mechanisch unbearbeiteten Großkurbelwellen (2a), vor ihrer mechanischen Fertigbearbeitung und zum Ermitteln, ob aus dem Rohteil (2) durch die mechanische Fertigbearbeitung ein maßhaltiges Fertigteil hergestellt werden kann, werden gemessene Ist-Werte mit Soll-Werten einer Sollkontur des Fertigteils oder einer Soll-Kontur des Rohteils (2) verglichen. Mittels einer Scaneinrichtung (6) werden gleichzeitig eine Vielzahl von Punkten auf der Oberfläche des Rohteils (2) erfasst und mittels einer Datenverarbeitungseinrichtung (8) zu einer dreidimensionalen Ist-Kontur des Rohteils (2) zusammengefügt, welche mit der Soll-Kontur des Fertigteils oder der Soll-Kontur des Rohteils (2) verglichen wird.
Description
Verfahren und Vorrichtung zum Vermessen von Rohteilen
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 .
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 ermittelt, ob das mechanisch bearbeitete Fertigteil in die Umhüllung des Rohteils passt.
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.
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.
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.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
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.
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 Großkurbeilwelle 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.
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.
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.
Eine vorrichtungsgemäße Lösung der Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen von Anspruch 5.
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.
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.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen. Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
Fig. 2 eine Vorderansicht der Vorrichtung gemäß dem Pfeil II aus Fig. 1.
In den Figuren 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 eingegangen. 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.
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 Roh-
teil 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.
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.
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.
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 β-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 .
Nach dem Vermessen kann das Rohteil 2 mittels einer im vorliegenden Fall an der Scaneinrichtung 6 angebrachten Beschriftungseinrichtung 10 zum Beispiel mit Vorgaben 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.
Die Scaneinrichtung 6 kann beispielsweise ein Scanfeld von ca. 40 x 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.
Zusätzlich zu der Scaneinrichtung 6 kann die Vorrichtung 1 mit anderen Messmitteln, z.B. taktilen oder optischen Messmitteln, ausgestattet sein.
Claims
1. Verfahren zum Vermessen von Rohteilen, insbesondere mechanisch unbearbeiteten Großkurbelwellen, vor ihrer mechanischen Fertigbearbeitung und zum Ermitteln, ob aus dem Rohteil durch die mechanische Fertigbearbeitung ein maßhaltiges Fertigteil hergestellt werden kann, wobei gemessene Ist- Werte mit Soll-Werten einer Sollkontur des Fertigteils oder einer Soll-Kontur des Rohteils verglichen werden, da du r c h g e k e n n z e i ch n e t , dass mittels einer Scaneinrichtung (6) gleichzeitig eine Vielzahl von Punkten auf der Oberfläche des Rohteils (2) erfasst und mittels einer Datenverarbeitungseinrichtung (8) zu einer dreidimensionalen Ist-Kontur des Rohteils (2) zusammengefügt werden, welche mit der Soll-Kontur des Fertigteils oder der Soll-Kontur des Rohteils (2) verglichen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, da du r c h g e ke n n z e i c h n e t , dass das Rohteil (2) nach dem Vermessen mit Vorgaben für seine weitere Bearbeitung beschriftet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zum Fügen einzelner Scans Referenzpunkte mit einer Einrichtung (5) zum Vergleichen der gemessenen Ist-Werte mit den Soll-Werten der Soll-Kontur des Fertigteils oder der Soll- Kontur des Rohteils (2) mitgeführt, auf dem Tisch der Zentriermaschine fest angebracht oder auf das Rohteil (2) aufgeklebt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Rohteil (2) während der Messung beiderseits drehbar eingespannt wird.
5. Vorrichtung zum Vermessen von Rohteilen, insbesondere mechanisch unbearbeiteten Großkurbelwellen, vor ihrer mechanischen Fertigbearbeitung und zum Ermitteln, ob aus dem Rohteil durch die mechanische Fertigbearbeitung ein maßhaltiges Fertigteil hergestellt werden kann, mit einer Einrichtung zum Vergleichen der gemessenen Ist-Werte mit Soll-Werten einer Soll-Kontur des Fertigteils oder einer Soll-Kontur des Rohteils, da du r c h g e k e nn z e i c hn e t , d a s s die Einrichtung (5) zum Vergleichen der gemessenen Ist-Werte mit Soll-Werten einer Soll-Kontur des Fertigteils eine Scaneinrichtung (6), welche in der Lage ist, eine Vielzahl von Punkten auf der Oberfläche des Rohteils (2) gleichzeitig zu erfassen und eine Datenverarbeitungseinrichtung (7) aufweist, welche in der Lage ist, die Vielzahl der Punkte zu einer dreidimensionalen Ist-Kontur des Rohteils (2) zusammenzufügen und mit der Soll-Kontur des Fertigteils oder der Soll-Kontur des Rohteils (2) zu vergleichen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, da du r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Scaneinrichtung (6) als Kamera ausgebildet ist, welche in der Lage ist, innerhalb eines Scanfeldes eine Linie auf das Rohteil (2) zu projizieren und durch Verschiebung eine Fläche zu erzeugen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Scaneinrichtung (6) an einer in mehreren Achsen beweglichen Handhabungseinrichtung (8) angebracht ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Handhabungseinrichtung (8) auf einer Linearführung (9) geführt ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Beschriftungseinrichtung (10) zum Beschriften des Rohteils (2) nach seiner Vermessung vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, d a d u r c h g e ke n n z e i c h n e t , dass zusätzlich zu der Scaneinrichtung (6) taktile und/oder optische Messmittel vorgesehen sind.
Applications Claiming Priority (2)
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
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| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
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| NENP | Non-entry into the national phase |
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| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 07764818 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |