Forschungsberichte

OptoGear

FVA 697 I, IGF-Nr.17581 N

Verzahnungen berührungslos, schnell und hochpräzise zu messen

Abgeschlossen: Kleinst- und Mikroverzahnungen können mit konventionellen, taktilen Messverfahren aufgrund des Tasterdurchmessers nur eingeschränkt messtechnisch erfasst werden. Zudem weisen taktile Verfahren eine morphologische Filterwirkung und eine geringe Prüfgeschwindigkeit auf, was insbesondere bei vollflächigen Messungen zu langen Messdauern führt.

Hochgenaues, optisches Messsystem zur schnellen Messung kleinster Zahnradgeometrien

Im Rahmen des Forschungsprojektes „OptoGear“, das von der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen AiF und der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e. V. gefördert wurde, ist für diese Applikation ein neues Messsystem entwickelt worden, das imstande ist, Verzahnungen berührungslos, schnell und hochpräzise zu messen. Hierzu wurden eine optoelektronische Auswerteeinheit, spezielle Fasersonden sowie Softwarealgorithmen zur Verarbeitung der gemessenen Signale ausgelegt, mit dem Ziel, die messtechnischen Bedarfe abzudecken, bei denen taktile Verfahren nicht einsetzbar sind. Das entwickelte Messsystem ermöglicht es, Verzahnungen mit Moduln unter 1 mm berührungslos zu messen und bei hohen Verfahrgeschwindigkeiten, Linienprofile an Zahnflanken aufzunehmen. Das Messsystem basiert auf der kurzkohärenten Interferometrie mit Licht im nahinfraroten Spektrum. Eine faseroptische Sonde mit dem Durchmesser eines Menschenhaares leitet das Licht in die Zahnlücke, wo es dank eines speziellen Mikroschliffs radial ausgekoppelt und unter einem Arbeitsabstand von ca. 300 µm auf die Zahnoberfläche projiziert wird. Das an Faserendfläche und Zahnoberfläche reflektierte Licht wird durch Streuung und Reflexion wieder in die Faser eingekoppelt und interferiert anschließend.

Das Frequenzspektrum des Interferenzmusters liefert nach einer Kalibrierung den gemessenen Abstand zwischen Faserendfläche und Probenoberfläche. Bei dem Messsystem handelt es sich um ein Punktmessverfahren, d. h. dass Prüfling und Fasersonde relativ zueinander bewegt werden müssen, um ein 2D-Profil der Oberfläche zu erzeugen. Entsprechend kann die Fasersonde anstelle eines taktilen Taststiftes beispielsweise in Formprüfgeräte integriert werden. Über deren Achskinematik wird das Zahnrad gedreht. Vollführt die Fasersonde eine lineare Bewegung entlang der Eingriffslinie, kann sehr einfach das Profil einer Zahnflanke gemessen werden. Ein breites Spektrum kommerzieller Messmaschinen lässt sich mit überschaubarem Aufwand und vergleichsweise geringen Kosten mit dem entwickelten Messsystem ausstatten und aufwerten.

Das IGF-Vorhaben IGF-Nr. 19643 N der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Downlaod: Kurzbeschreibung

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