DE2800618A1

DE2800618A1 - Verfahren und vorrichtung zur lagekontrolle unrunder werkstuecke, insbesondere kolbenringe

Info

Publication number: DE2800618A1
Application number: DE19782800618
Authority: DE
Inventors: Juergen Buchfeld
Original assignee: Goetze GmbH
Current assignee: Goetze GmbH
Priority date: 1978-01-07
Filing date: 1978-01-07
Publication date: 1979-07-12
Also published as: GB2015727B; CH638710A5; IT7919109A0; DE2800618C2; JPS54101580A; GB2015727A; IT1112026B

Description

GOETZEWERKE -^ Burscheid, 30. November 1977

Friedrich Goetze A G TZT 329/We/La ( 1630 )

Verfahren und Vorrichtung zur Lagekontrolle inrunder Werkstücke, insbesondere Kolbenringe

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine danach arbeitende Vorrichtung zur Feststellung der Lage der Unrundkontur für die Unifangsbearbeitung von unrunden Werkstücken, insbesondere von Kolbenringen.

Für die spanend* Bearbeitung der inneren und äußeren Umfangsflachen von unrunden Kolbenring-Rohlingen bedient man sich einer beispielsweise aus der US - PS 3.326.393 bekannten Drehmaschine. Danach werden die paketweise gespannten Kolbenringe mittels gleichzeitig am Innen- und Außenumfang angreifender Drehstähle bei rotierendem Ringpaket abgedreht, wobei die Drehstänle entsprechend der unrunden Ringkontur über Steuernocken radial verstellbar gelagert sind. Nach der Drehbearbeitung wird das Ringpaket einer Aufschneidevorrichtung zugeführt, um den Ringstoß aus den bis dahin geschlossenen Ringen herauszuschneiden.

Zum Ausrichten der Kolbenring-Rohlinge vor dem paketweisen Zuführen in die Drehmaschina dient eine Hilfsvorrichtung, die im wesentlichen aus einem einseitig eingespannten Träger besteht, auf welchen jeweils eine dem Ringpaket entsprechende Anzahl von Kolbenring-Rohlingen lose aufschiebbar ist. Die oberste Begrenzungskante des Trägers besteht aus einer drehbaren Stange, auf welcher die Rohlinge mit ihren inneren Umfangsf lachen unter Eigengewicht aufliegen und somit bei rotierender Stange in Umfangsrichtung wandern. Eine am Innenumfang im Stoßbereich des Kolbenring-tohlinges eingeformte Kerbe dient dazu, daß der Rohling an dieser Stella auf der rotierenden Stange hängenbleibt ohne sich weiter zu verdrehen. Auf diese Weise lassen sich alle Rohlinge auf dem Träger sortieren, d.h. lageorientiert ausrichten, um dann paketweise der Drehmaschine zugeführt werden zu können.

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Das bekannte So-tierverfahren mittels Kerbe und rotierender Stange (vgl. auch C. Englisci "Kolbenringe", Bd. 1, 1958. Seite 285) benötigt eine relativ lange Ziit, bis da3 alle Rohlinge ausgerichtet sind. Dabei kommt es vor, daß einzelne Ringe an benachbarten, bereits stillstehenden Ringen hängenbleiben u id somit ihre Endlage nicht erreichen. Dies bedingt einen zusätzlichen op;ischen Kontrollaufwand durch das Bedienungspersonal der Maschine. AußerJem wirkt sich die Kerbe im Ringrohling beim Zerspanungsvorgang nachtei ig aus. Insbesondere fuhrt die kurze, abrupte Unterbrechnung des Zirspanungsvorganges zu Resonanz-Schwingungen, die sich als Rattermarke am Ring niederschlagen und die Werkzeugstandzeit erheblich reduzie-en.

Aufgabe der Erfindung ist es, die zuvor beschriebenen Nachteile zu umgehen und ein e itsprechend verbessertes Verfahren zur Ausrichtung von unrunden Werksticken zu finden sowie eine danach arbeitende Vorrichtung zu schaffen. Da:> neue Verfahren soll insbesondere ohne zusätzliche Sortiermerkmale am Umfang des Werkstückes eine genaue Aussage über die Lage der Unrund;ontur des Werkstückes gestatten, um dieses dann lageorientiert weitiirbearbeiten zu können.

Diese Aufgabe w rd erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Werkstück um eine etwa durch das Zentrum desselben verlaufende Rotationsachse gedreht und der Außen- und/oder Innenumfang des Werkstückes abgetastet wird, daß die Meßwerte als elektrische Signale einem Rechner zugeführt und dort rrit einer vorprogrammierten Unrundkontur verglichen werden, und daß die Lage des Werkstückes bezogen auf seine Unrundkontur somit ermit:elt wird.

Nach dem vorgeschlagenen Verfahren sind keine besonderen Sortiermerkmale in Form von Kerben oder dergleichen am Werkstück mehr erforderlich. Vielmehr dient die dem Werkstück eigene, charakteristische Unrundkontur direkt zur Lageorientierung derselben. Dazu ist es unbe-

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deutend, ob die Unrundkontur am Außen- oder Innenumfang des Werkstückes vorhanden ist, Durch vorzugsweise berührungsfreies Abtasten der Umfangskontur bei sich drehendem Werkstück werden alle vektoriellen Veränderungen des Werkstückumfanges beispielsweise pro Drehwinkelgrad als elektrische Sigiale ermittelt und einem elektronischen Rechner zugeführt. Dazu ist keine besondere Mittenorientierung des Werkstückes erforderlich, da der Rechner aus den abgetasteten Meßdaten die effektive Unrundkontur des Werkstückes bezogen auf eine fiktive Drehachse errechnet, diese Ist-Kontur dann mit einer vorprogrammierten Soll-Kontur vergleicht und die notwendige Phasenverschiebung sowie Mittenabweichung errechnet, um baide Konturen deckungsgleich zu bekommen. Die so ermittelte Phasen/erschiebung als eine bestimmte Anzahl von Winkelgraden sowie auch eine gegebenenfalls festgestellte Mittenabweichung zwischen Werkstückachse jnd fiktivem Mittelpunkt der Unrundkontur sind die für die Lageorientisrung und Ausrichtung des jeweiligen Werkstückes erforderlichen Stellwertgrößen.

Prinzipiell ist es möglich, die Stellwerte direkt als Regelwerte zum Werkstück zurüc<zufuhren und dieses entsprechend der ermittelten Anzahl von Winkelgraden zu verdrehen sowie das Werkstück über die Werkstückaufnahme senkrecht zur Werkstückachse zu verschieben und somit das Werkstück lageorientiert für den Weitertransport in eine nachfolgende Bearbeituigsmaschine auszurichten. Insbesondere für die Bearbeitung von einzelnen Werkstücken erscheint es jedoch von besonderem Vorteil, wenn die Regelwerte direkt der Ablaufsteuerung für die nachfolgende Werkstickbearbeitung zugeführt werden. Somit kann das Werkstück ohne eine- weiteren Lagekorrektur direkt bearbeitet werden.

Eine nach dem zjvor beschriebenen Verfahren arbeitende Vorrichtung ist erfindungsgomäß durch eine drehbare Werkstückaufnahme, eine Einrichtung zum Absasten der Werkstückumfangskontur und einem elektronischen Rechner zur Verarbeitung der Meßwerte und zum Steuern der

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Werkstücklage gakennzeichnet. Vorzugsweise findet eine an sich bekannte opto-elektrischa Abtasteinrichtung Verwendung, die berührungsfrei die Umfangskontur eines sich drehenden Werkstückes abtastet und die Meßwerte als elekt-ische Signale an den Rechner weitergibt.

Weiterhin wird die Verwendung einer an sich bekannten, schwenkbar und drehbar gelagerten Greifeinrichtung zum Entnehmen der Werkstücke aus der Werkstückaurnahme und lageorientierten Weitergabe vorgeschlagen. Zum Korrigieren der Werkstücklage ist eine zweiachsige Verstellmöglichkeit gegeben, und zwar über die Werkstückaufnahme zur Verdrehung des Werkstückes um den vom Rechner ermittelten Drehwinkel sowie über die senkrecht zur Werkstückachse mögliche Verschiebung um einen ebenfalls vom Rechner ermittelten Mittenkorrekturwert.

Somit wäre die iirfindungsgemäße Vorrichtung als Zusatzaggregat bei verschiedenen Beaneitungsmaschinen einsetzbar. Hierzu ist es auch denkbar, daß die Vorrichtung oder die Bearbeitungsmaschine mit einem Zwischenmagazin zur lageorientierten Aufnahme der Werkstücke ausgestattet ist. Di« einzeln in der Vorrichtung abgetasteten und lageorientiert ausgerichteten Werkstücke lassen sich mit Hilfe des Zwischenmagazines zu Werkstückpaketen zusammenstellen, die dann zur weiteren Bearbeitung der Maschine zugeführt werden können.

Die erfindungsgemäße Sortier-Vorrichtung läßt sich bevorzugt zur Bearbeitung einze'ner Werkstücke, wie z.B. Groß-Kolbenringe oder Kolben aber auch direk" in eine Bearbeitungsmaschine integrieren, indem die Werkstückaufnahne gleichzeitig das Futter einer Bearbeitungs- insbesondere Drehmaschine ist. Damit entfällt ein lageorientiertes Transportieren des abgetasteten Werkstückes. Vielmeher kann dieses unmittelbar nach dem Abtasten seiner Umfangskontur bearbeitet, z.B. abgedreht, werden. Voraussetzung dafür ist, daß die vom Rechner ermittelten Regelwerte direkt der Ablaufsteuerung, die im gleichen Rechner untergebracht sein kann, zugeführt werden. Die radiale Zustellung des Werkzeuges er-

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folgt dann jeweils in Abhängigkeit von der ermittelten Lage der Unrundkontur des Werkstückes, indem der Drehwinkel der die Werkstückaufnahme tragenden Arbeitsspindel um den Regelwert korrigierbar ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im einzelnen wie folgt beschrieben:

Figur 1 eine chematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erläuterung des Verfahrens

Figur 2 die erfindungswesentlichen Teile einer separaten konzipierbaren Vorrichtung

Figur 3 die wesentlichen Teile der in eine Drehmaschine integrierten, erfindungsgemäßen Vorrichtung

Das der Erfindung zugrunde liegende Verfahren wird anhand der Figur 1 erläutert. Mittels eines Elektromotors 1 ist über eine Welle 2 ein aus drei radial verstellbaren Segmenten 3 bestehender Spanndorn zur Aufnahme eines Kolbenring-Rohlinges 4 antreibbar. Letzterer weist eine unrunde innere und äußere Umfangsflache 5 und 6 auf und wird über die am Innenumfang 5 angreifenden, die Werkstückaufnahme bildenden Spannsegmente 3 etwa zentrisch drehbar vor einer Mattscheibe 7, hinter welcher sich eine Lichtquelle 8 befindet, drehbar gelagert. Zum Abtasten der äußeren Umfangskontur des Kolbenringes 4 dient eine achsparallel angeordnete opto-elektrische Einrichtung 9, die entsprechend der radialen Lage der gerade abzutastenden Umfangskonturenstelle eine proportionale Lichtmenge über ein Photoelement in ein entsprechendes elektrisches Signal umwandelt. Die Abtasteinrichtung arbeitet berührungsfrei, u.Ti keinen seitlichen Druck auf das Werkstück auszuüben.

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Die bei Drehung des Werkstückes 4 einzeln ermittelten vektoriellen Meßdaten r werden einem Rechner 10 zugeleitet und als Funktion zum Drehwinkels registriert, vgl. Kurve 11. Durch Vergleich mit der im Rechner 10 programmierten Sollkurve 12 ergibt sich eine Phasenverschiebung Δψ sowie eine Mittanabweichung a , die als Stellwerte der Werkstückaufnahme zugeführt werden. Durch Verdrehen der Werkstückaufnahme 3 um den Drehwinkel Δ\$ wird eine Ausrichtung der Kolbenringe in Umfangsrichtung erreicht, während die Korrektur der Mittenabweichung von einer Greifeinrichtung für den Weitertransport der Ringe durchgeführt wird.

Nach der in Figjr 2 dargestellten Vorrichtung können die so einzeln in Umfangsrichtung ausgerichteten Kolbenringe 4 mittels einer um die Achse 13 schwenkbaren und um ihre eigene Achse 14 drehbaren Greifeinrichtung 15, mit den zustellbaren Greifarmen erfaßt und einem Magazin 16 zugeführt werden.Zur Korrektur einer Mittenabweichung zwischen Werkstückachse und dem fiktiven Mittelpunkt der Unrundkontur ist die Greifeinrichtung 15 vom Rechner steuerbar senkrecht zur Werkstückachse, d.h. radial, verschiebbar gelagert. Das Magazin 16 besteht aus einem im Durchmesser dehnbaren Dorn 17, der von einem Gummischlauch 18 umgeben ist. Durch Aufreihen mehrerer Kolbenring-Rohlinge 4 läßt sich auf diese Weise ein Werkstückpaket für die weitere Bearbeitung zusammenstellen. Wesentlich ist, daß die Kolbenringe genau lageorientiert ausgerichtet sind jnd mittels einer Spannzange 19 für den Weitertransport erfaßbar sind.

Bei dem Ausfuhrjngsbeispiel nach Figur 3 dient das Futter 20 einer Drehmaschine glsichzeitig als Werkstückaufnahme für das zunächst auszurichtende, unrunde Werkstück in Form eines Kolbens 21 für eine Brennkraftmaschine. Das Futter 20 ist über eine nicht weiter dargestellte Arbeitsjpindel durch den Motor 22 antreibbar. Während mindestens einer Umdrehung des Futters 20 tastet ein induktiver Wegaufnehmer 23 die unrunde Umfangskontur des roh vorbearbeiteten Kolbens ab und führt analog zur Darstellung in Figur 1 die Meßdaten dem

Rechner 10' zu, in dem gleichzeitig die Ablaufsteuerung für die Be-

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arbeitung des Werkstückes programmiert ist. Auf diese Weise kann das Werkzeug 24 über beispielsweise einen Motor 25 und Kurvenscheibe 26 in Abhängigkeit zur Drehung der Werkstückaufnahme ( Futter 20 ) radial zur Erzeugung dar gewünschten Unrundkontur am Werkstückumfang zugestellt werden.

Anstelle von Motor und Kurvenscheibe läßt sich mit gleichem Erfolg auch ein Schrit;- oder Servo-Motor anordnen, um eine individuelle, rechnergesteuerte Zustellung des Werkzeuges zu erreichen.

Für die Erfindung ist es darüberhinaus unbedeutend, ob die Werkstückachse horizontal - wie beispielsweise dargestellt - oder vertikal beim Abtastvorging verläuft. Insbesondere bei vertikaler Werkstückachse genügt eiie Werkstückaufnahme lediglich eine drehbare Platte oder Scheibe, ajf welche das Werkstück lose aufgelegt wird, wobei darauf zu achtel ist, daß die Werkstückachse und Drehachse der Scheibe etwa übereinstimmen, um unnötig große radiale Nachstellwege zu vermeiden.

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Claims

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GOETZE W ERKE Bursche id, 30. November 1977

Friedrich Goetre A G TZT 329/We/La ( 1630 )

PATlNTA H SPROC H E

M · J Verfahre " ..'' . ν i.jr ,.?■:' .':? '^iru.idkontur für die Umfangsbearbiitung von unruncien Werkstücken, insbesondere von Kolbenringen, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück relativ um eine etwa im Zeitrum liegende Rotationsachse gedreht und der Außen- und/ oder Innen imfang des Werkstückes abgetastet wird, daß die Meßwerte als elektrische $i;ia>':;- a\.-.-:.r . ^c'r...-.ν zugeführt und dort mit einer vorprogran. ;";.?.:■ ' --^Kontur verglichen »iro;!!, .,.=u uaii daraus die Lag° d -s Werkstück ru>zoc,en auf seine Unrundkontur ermittelt wi rd.
2. Verfahren lach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastung de; Werkstückes berührungsfrei erfolgt.
3. Verfahren lach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablaufsteuerung für die nachfolgende Bearbeitung der Werkstück-Umfangsflä;he vom Rechner in Abhängigkeit der jeweils ermittelten Lage der U.irundkontur beeinflußt wird.
4. Vorrichtunj zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen

1 bis 3, gekennzeichnet durch eine .-s;.-.i.■= ν .irahbare Werkstückaufnahme (3,2J), eine Einrichtung (9^3) zum Abtasten der Werkstück-Umfangskon:ur und einem elektronischen Rechner (10,1O¹) zur Verarbeitung Jer Meßdaten und zum Steuer'. ■! - ..-,"kstucklage.

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Verfahren und Vorrichtung zur LagekontroVle unrunder Werkstücke, insbesondere Kolbenringe ( Patentansprüche / 1630 } - 2 -
5. Vorrichtu ig nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine opto-elektrische Abtasteinrichtung (9).
6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, gekennzeichnet durch eine schwenk- jnd drehbar gelagerte Greifeinrichtung (15) zur lageorientierten Weitergabe des Werkstückes (4).
7. Vorrichtuig nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die G"eifeinrichtung (15) senkrecht zur Werkstückachse vom Rechner (.0) gesteuert verschiebbar gelagert ist.
8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 7, gekennzeichnet durch ein Zwischenmagazin (16) zur lageorientierten Aufnahme mehrerer Werkstücke (4).
9. Vorrichtuig nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückaufnihme das Futter (20) einer Werkzeugmaschine ist.
10. Vorrichtuig nach den Ansprüchen 4 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die ridiale Zustellung des Werkzeuges (24) in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Futters (29) vom Rechner (10¹) steuerbar ist.

EDRlOH QOETZE AKTI NQES j!\.L3CHAFT

6 A Nr. 173.70

VossTeck

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