Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vor¬ richtung zur Messung eines Zahnprofils, wobei ein Meßtaster während eines Meßvorganges das sich drehende Zahnprofil ab¬ tastet.

Als Stand der Technik ist hierbei bereits die lineare Ver¬ schiebung eines Meßtasters vom Fußkreis bis zum Kopfkreis eines zu prüfenden Zahnrades bekannt. Nachteilig sind hier¬ bei die langen Wege und die dazu erforderlichen langen Schlittenführungen.

Zum Stand der Technik zählt weiterhin ein Zahnprofilmeßge¬ rät, bei welchem ein Schlitten zwei Translationsbewegungen ausführt. Hierbei steht das zu prüfende Zahnrad fest, wo¬ raus sich der Nachteil einer entsprechenden Umrechnung er¬ gibt. Bei dem Meßverfahren mit kreuzschlittengeführter Ta- sterbewegung ist es systembedingt nicht möglich, den kor¬ rekten 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 erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Eingriffslinie als geometrischer Ort aller Berührungspunk¬ te 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 durch¬ führbar ist. Weiterhin können die Schlittenführungen in¬ folge der Kombination von Rotation und Translation wesent¬ lich kürzer ausgebildet sein. Das Meßprinzip mit nicht li- nearer Eingriffslinie läßt sich demnach über eine kompak¬ te Feinmechanik besonders vorteilhaft verwirklichen.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteran¬ sprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeich- nung 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 Eingriffslinie E dargestellt, welche der Meßtaster 5 beim Prüfen des sich drehenden Zahnprofils ab¬ tastet. 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 r und^_ definiert.

Bezogen auf den Drehpol Z_ des Zahnprofils sind es die Koordinaten ψ und r sowie die theoretische Evolventenfunk-

' 1 tion.

Weiterhin ist Fig. 1 zu entnehmen, daß die Normale an die Evolvente an beliebiger Stelle der Eingriffslinie den Grund¬ kreis r, tangiert: Der Meßtaster ist also stets normal zum theoretischen Zahnprofil geführt.

Der funktioneile Zusammenhang zwischen dem Drehwinkel r_. und ₂ läßt sich folgendermaßen darstellen:

180 a a

V, - . $. . - . ._» » - <,. (1)

Der Abstand r_ vom Drehpol Z zum momentanen Berührpunkt auf der Evolvente beträgt:

r ₂ fr( J ₂ J -= a . ccooss fr ₂₂ -" r _b (2)

mit: a = Abstand der beiden Drehpole

Z und Z_ (Achsabstand)

r,b = Grundkreisradius

fl Drehwinkel der Polarkoordinate r. bzw. des Prüflings

(ß ₂ = Drehwinkel der Polarkoordinate r _? bzw. der Meßeinrichtung

Ein praktisches Ausführungsbeispiel zum vorgenannten Meßver- fahren zeigt Fig. 2. Der in Fig. 3 vergrößert dargestellte Meßkopf K ist auf einem ^' in Z-Richtung verfahrbaren Schlit¬ ten S. aufgesetzt. Hierdurch können beliebige Stirnschnitt¬ ebenen 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 gela¬ gerten Schlitten S,, sowie den beiden Meßsystemen 1a und 3 zur Bestimmung der Lagekoordinaten r_ und ψ~ des Meßtasters 5.

Zur Aufnahme des Zahnrades P dient der um die ZΕ-Achse dreh¬ bar gelagerte Tisch T. Sein Drehwinkel - wird über das Win-

OMPI

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kelmeßsystem 4 erfaßt, über den in Y-Rich.tung positionierba¬ rreenn WWeerrkkssttüücckksscchhlliitttteennSS ₂₂ llääßßtt ssiicchh eennttss]prechend dem Zahnrad- durchmesser der Achsabstand einstellen.

Der aktuelle Achsabstand wird über das Wegmeßsystem 1b er- faßt.

Vor jedem Meßvorgang werden die beiden Achsen Z.. und Z ₂ über Meß- und Stellglieder räumlich parallel ausgerichtet. Die hier¬ zu notwendigen Freiheitsgrade sind mit F.....F., gekennzeich¬ net. Die gleichen Parallelitätsanforderungen gelten für die beiden Achsen Z und Z..

Zum Einrichten des Meßkopfes K ist die Nullage des Drehwin¬ kels γ ₁ zu bestimmen. Sie ist definiert durch die theoreti¬ sche Verbindungslinie zwischen den Drehachsen Z und Z ₂ . Die Messung von rechter bzw. linker Flanke läuft symmetrisch zu dieser Linie ab, wobei sich nur die Vorzeichen für die Dreh¬ winkel umkehren.

Zur Vorbereitung der Profilmessung müssen zunächst die Koor¬ dinaten der Startposition des Meßkopfes K gemäß folgendem Formelsatz berechnet werden:

f 2- Start arc sm (3)

2 Start = cos f. 2 Start -r. (4)

mit r. Evolventenfußkreisradius

(bzw. gewünschter Radius am Werkstück bei Beginn der Evolventenmessung) a Achsabstand r, Grundkreisradius

Die berechneten Startkoordinaten werden dem Lagerregel¬ kreis des Meßkopfes K als Sollwerte vorgegeben, über die servoelektrisch gesteuerten Antriebe des Meßkopfes K wird der Meßtaster 5 danach auf die theoretische Eingriffslinie E entsprechend positioniert. Hierbei ist vorausgesetzt, daß sich der Taster 5 in einer Zahnlücke befindet und nicht mit der Zahnflanke kollidiert. Anschließend wird das Zahn¬ rad P um seine Drehachse Z ₂ gegen den Meßtaster gedreht, bis Berührung erfolgt, und der Startwinkel ^ι _Start ^des Werkstückes definiert über:

*πStart TT ^* r ^{" Sin} *2Start ^" 2Start b

Beim eigentlichen Meßvorgang dreht sich das Zahnrad konti¬ nuierlich um die Tischachse Z ₂ , wobei der Meßkopf K bzw. der Meßtaster 5 entsprechend den Beziehungen (1) und (2) nachgeführt wird.

Abweichungen von der theoretischen Evolvente werden hier¬ bei 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 anson¬ sten nicht lineare Eingriffslinie zu einer Geraden und ist identisch mit dem Zahnprofil.

Der in Fig. 2 gezeigte Meßaufbau kann auch für Flanken- linienmessungen 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 Weg¬ meßsystem Z, die Positionszahl 3 den Winkelgeber des Me߬ kopfes K, die Positionszahl 4 den Winkelgeber des Werkstük- kes 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 ge- maß Fig. 1 als nicht lineare Kurve ausgeführt ist. Damit ergibt sich auf einfache Weise eine erhebliche Verbesserung der Meßgenauigkeit eines Zahnprofils.