DEVICE FOR CHECKING AN INVOLUTE GEAR TOOTH PROFILE

Abstract: Method and device for measuring the profile of a tooth, wherein a measuring sensor (5) senses the profile of a tooth during a measuring operation. The action line (E), as a geometrical point of all contact points between the measuring sensor (5) and the tooth profile is a non-linear line.

Description: Verfahren und Vorrichtung zur Messung eines Zahnprofils Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung eines Zahnprofils, wobei ein Messtaster während eines Messvorganges das sich drehende Zahnprofil abtastet. Als Stand der Technik ist hierbei bereits die lineare Verschiebung eines Messtasters vom Fusskreis bis zum Kopfkreis eines zu prüfenden Zahnrades bekannt. Nachteilig sind hierbei die langen Wege und die dazu erforderlichen langen Schlittenführungen. Zum Stand der Technik zählt weiterhin ein Zahnprofilmessgerät, bei welchem ein Schlitten zwei Translationsbewegungen ausführt. Hierbei steht das zu prüfende Zahnrad fest, woraus sich der Nachteil einer entsprechenden Umrechnung ergibt. Bei dem Messverfahren mit kreuzschlittengeführter Tasterbewegung ist es systembedingt nicht möglich, den korrekten Messwert zu erfassen, sondern diesen nur über eine entsprechende Umrechnung anzunähern. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem eine möglichst genaue Messung auf einfache Weise durchführbar ist. Diese Aufgabe wird erfindugsgemäss dadurch gelöst, dass die Eingriffs linie als geometrischer Ort aller Berührungspunkte von Messtaste und Zahnprofil eine nicht lineare Kurve ist. Hierbei findet ein Messtaster Anwendung, welcher auf einem Schlitten angeordnet ist; dieser Schlitten koppelt zwei Bewegungen des Messkopfes, d.h. des Messtasters, nämlich Rotation und Translation. Damit ergibt sich vorteilhafter weise, dass eine sehr genaue Messung von Zahnprofilen durchführbar ist. Weiterhin können die Schlittenführungen infolge der Kombination von Rotation und Translation wesentlich kürzer ausgebildet sein. Das Messprinzip mit nicht linearer Eingriffs linie lässt sich demnach über eine kompakte Feinmechanik besonders vorteilhaft verwirklichen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine nicht lineare Eingriffslinie E be züglich eines zu messenden Zahnprofils; Fig. 2 eine schematische, perspektivische Ansicht eines Zahnprofilmessgerätes; Fig. 3 einen Messkopf K des Zahnprofilmessgerätes. In Fig. 1 ist die Eingriffs linie E dargestellt, welche der Messtaster 5 beim Prüfen des sich drehenden Zahnprofils abtastet. Das erfindungsgemässe Verfahren wird im folgenden am Beispiel einer Evolventenverzahnung erläutert. Gemäss Fig.1 wird die nicht lineare Eingriffslinie E in Bezug auf den Drehpol Z der Messeinrichtung durch die Polarkoordinaten r2 und Y2 definiert. Bezogen auf den Drehpol Z2 des Zahnprofils sind es die Koordinaten t1 und r sowie die theoretischç Evolventenfnnk- tion. Weiterhin ist Fig. 1 zu entnehmen, dass die Normale an die Evolvente an beliebiger Stelle der Eingriffslinie den Grundkreis rb tangiert: Der Messtaster ist also stets normal zum theoretischen Zahnprofil geführt. Der funktionelle Zusammenhang zwischen dem Drehwinkel Yl und #2 lässt sich folgendermassen darstellen: EMI3.1 Der Abstand #2 vom Drehpol Z zum momentanen Berührpunkt auf der Evolvente beträgt: r2 (t2) = a . cos 2 - rb (2) mit: a = Abstand der beiden Drehpole Z und Z2 (Achsabstand) rb = Grundkreisradius Yl = Drehwinkel der Polarkoordinate r1 bzw. des Prüflings 2 = Drehwinkel der Polarkoordinate r2 bzw. der Messeinrichtung Ein praktisches Ausführungsbeispiel zum vorgenannten Messverfahren zeigt Fig. 2. Der in Fig. 3 vergrössert dargestellte Messkopf K ist auf einem in Z-Richtung verfahrbaren Schlitten S1 aufgesetzt. Hierdurch können beliebige Stirnschnittebenen eines zu prüfenden Zahnrades P, im vorliegenden Fall ein Evolventenzahnrad, angefahren werden. Wie aus Fig. 2 bzw. Fig. 3 hervorgeht, besteht der Messkopf K im wesentlichen aus einem um die Z-Achse schwenkbar gelagerten Schlitten S3, sowie den beiden Messsystemen ia und 3 zur Bestimmung der Lagekoordinaten r2 und t2 des Messtasters 5. Zur Aufnahme des Zahnrades P dient der um die Zt-Achse drehbar gelagerte Tisch T. Sein Drehwinkel Y1 wird über das Win kelmesssystem 4 erfasst. Uber den in Y-Richtung positionierbaren WerkstückschlittenS2 lässt sich entsprechend dem Zahnraddurchmesser der Achsabstand einstellen. Der aktuelle Achsabstand wird über das Wegmesssystem 1b erfasst. Vor jedem Messvorgang werden die beiden Achsen Z1 und Z2 über Mess- und Stellglieder räumlich parallel ausgerichtet. Die hir- zu notwendigen Freiheitsgrade sind mit F. . F3 gekennzeichnet. Die gleichen Parallelitätsanforderungen gelten für die beiden Achsen Z und Z1. Zum Einrichten des Messkopfes K ist die Nullage des Drehwinkels t1 zu bestimmen. Sie ist definiert durch die theoretische Verbindungslinie zwischen den Drehachsen Z und Z2 Die Messung von rechter bzw. linker Flanke läuft symmetrisch zu dieser Linie ab, wobei sich nur die Vorzeichen für die Drehwinkel umkehren. Zur Vorbereitung der Profilmessung müssen zunächst die Koordinaten der Startposition des Messkopf es K gemäss folgendem Formelsatz berechnet werden: EMI4.1 <tb> 2 <SEP> Start <SEP> = <SEP> arc <SEP> sin <SEP> WJ <SEP> (3) <tb> r2 Start = a . cos t2 Start -rb (4) mit r = Evolventenfusskreisradius (bzw. gewünschter Radius am Werkstück bei Beginn der Evolventenmessung) a = Achsabstand r b = Grundkreisradius Die berechneten Startkoordinaten werden dem Lagerregelkreis des Messkopf es K als Sollwerte vorgegeben. Uber die servoelektrisch gesteuerten Antriebe des Messkopf es K wird der Messtaster 5 danach auf die theoretische Eingriffs linie E entsprechend positioniert. Hierbei ist vorausgesetzt, dass sich der Taster 5 in einer Zahnlücke befindet und nicht mit der Zahnflanke kollidiert. Anschliessend wird das Zahnrad P um seine Drehachse Z2 gegen den Messtaster gedreht, bis Berührung erfolgt, und der Startwinkel t1Start des Werkstückes definiert huber: EMI5.1 <tb> ?1 <SEP> start <SEP> 11 <SEP> r <SEP> sin <SEP> /2Start <SEP> r <SEP> 2Start <tb> <SEP> T1 <SEP> rb <tb> Beim eigentlichen Messvorgang dreht sich das Zahnrad kontinuierlich um die Tischachse Z2 wobei der Messkopf K bzw. der Messtaster 5 entsprechend den Beziehungen (1) und (2) nachgeführt wird. Abweichungen von der theoretischen Evolvente werden hierbei vom Messtaster 5 erfasst und können wie üblich in Form eines sogenannten Evolventendiagrammes ausgegeben werden. Ein Grenzfall des vorgestellten Messverfahrens liegt beim Vermessen von Zahnstangenprofilen vor. Hier wird die ansonsten nicht lineare Eingriffs linie zu einer Geraden und ist identisch mit dem Zahnprofil. Der in Fig. 2 gezeigte Messaufbau kann auch für Flankenlinienmessungen ohne Einschränkungen eingesetzt werden. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, stellen die Positionszahlen 1b die Zustellbewegung und 1a die Messbewegung bezüglich des Wegmesssystems Y dar. Die Positionszahl 2 betrifft das Wegmesssystem Z, die Positionszahl 3 den Winkelgeber des Messkopf es K, die Positionszahl 4 den Winkelgeber des Werkstükkes P. Hierbei sind die Winkelgeber 3 und 4 sowie die vor genannten Wegmesssysteme über die Steuer- und Auswerteinheit 6 miteinander verbunden, wobei der gesamte Messvorgang von dem Winkelgeber 4 ausgelöst wird. In jedem Fall durchläuft hierbei der Messtaster 4 eine Eingriffslinie E, welche gemäss Fig. 1 als nicht lineare Kurve ausgeführt ist. Damit ergibt sich auf einfache Weise eine erhebliche Verbesserung der Messgenauigkeit eines Zahnprofils.

Claims: Patentansprüche: 1. Verfahren zur Messung eines Zahnprofils, wobei ein Mess taster während eines Messvorganges das sich drehende Zahnprofil abtastet, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingriffs linie (E) als geometrischer Ort aller Berüh rungspunkte von Messtaster(5) und Zahnprofil eine nicht lineare Kurve ist. 2. Zahnprofilmessgerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei der Messtaster auf einem Schlitten ge führt und das zu prüfende Zahnrad auf einem drehbar ge lagerten Tisch angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der in einem Messkopf (K) gelagerte Messtaster (5) auf dem Schlitten (S3) stets normal zum theoretischen Zahn profil geführt ist. 3. Zahnprofilmessgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, dass der Messtaster (5) auf dem Schlitten (S3) mit sich veränderndem Radius (r2) bezüglich des Drehwinkels zum zum ., Drehpol (Z) des Messgerätes geführt ist. 4. Zahnprofilmessgerät nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekenn zeichnet, dass der Messkopf (K) mit dem Schlitten (S3) auf einem im Maschinengestell gelagerten, höhenverstellbaren Schlitten (S1) angeordnet ist. 5. Zahnprofilmessgerät nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, dass der Messkopf (K) einen Winkelgeber (3) und ein Wegmesssystem (1a) aufweist, welche mit einer Steuer und Auswerteinheit (6) verbunden sind. 6. Zahnprofilmessgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, dass der Drehwinkel (P1) des drehbar gelagerten Ti- sches (T) über ein mit der Steuer- und Auswerteinheit (6) verbundenes Winkelmesssystem (4) erfassbar ist.

Inventors: VAN DE LOCHT, HEINRICH, DR.-ING., van de Löcht, Heinrich, Dr.-Ing.
Applicants: BHS-HOFLER MASCHINENBAU GMBH
Application year: 1984
Main classification: G01B5
IPC codes: G01B21, G01B7, G01B5