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.