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Die Erfindung betrifft die Kontrolle von mechanischen
Montagen und hat ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Gewährleistung dieser Funktion zum Gegenstand.
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Es gibt mehrere Mittel, um die Kontrolle zur korrekten
Durchführung einer Montage auszuführen. Unter diesen werden
folgende genannt:
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Die Abmessungskontrolle der Anordnung von montierten Teilen,
die darin besteht, eine oder mehrere an der montierten
Anordnung ermittelten Maße mit der Summe der theoretischen
Seitenlänge jedes die Anordnung bildenden Teiles zu
vergleichen. Der Nachteil dieser Kontrolle besteht in der
Unsicherheit des Vergleiches, die aus den
Herstellungstoleranzen resultiert. Tatsächlich kann durch das Zusammenwirken
dieser Toleranzen die Anordnung von Teilen zu Unrecht als
fehlerhaft allein aufgrund der Tatsache erklärt werden, daß
die die Anordnung bildenden Teile jeweils das Maximum ihrer
Toleranzen ausgenutzt haben. Oder die Anordnung wird
ebenfalls zu Unrecht als korrekt erklärt, wenn die Teile das
Minimum dieser Toleranzen ausgenutzt haben.
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Die Kontrolle durch Abtasten der montierten Anordnung, wie
dies in dem Dokument FR-A-26 53 550 beschrieben ist, die eine
komplexe und für Anordnungen kleiner Abmessungen nicht
geeignete Tasteinrichtung verwendet.
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Die optische Kontrolle, die darin besteht, optische
Meßeinrichtungen oder Einrichtungen zur Formerkennung durch
Videoanalyse oder dergleichen einzusetzen. Diese Vorrichtungen
sind noch schwierig zu handhaben und teuer.
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Mit der vorliegenden Erfindung soll ein anderes Verfahren
angegeben werden, das auf der Beobachtung des Auftretens von
pneumatischen Lecks in der Anordnung beruht. Dies erlaubt die
verwendung einer vorrichtung, die robust, einfach im Aufbau
und leicht zu handhaben ist und die in eine roboterisierte
Kontrollstation integriert werden kann.
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Gemäß einem ersten Merkmal betrifft die Erfindung somit zu
diesem Zweck ein Verfahren zur Kontrolle der Qualität einer
mechanischen Verbindung, die aus Komponenten besteht,
zwischen denen ein Montagespiel vorhanden ist, bei welchem
ausgehend von einem Ende der Verbindung, die eine Fläche zur
Herstellung einer vorübergehend dichten Verbindung bietet,
ein Leckluftstrom erzeugt werden kann, bestehend aus der
Erfassung der Gleichgewichtslage eines beweglichen Elements,
von dem zwei einander entgegengesetzte Flächen jeweils in
einer stromaufwärts der Anschlußfläche angeordneten Kammer und
dem in einer stromaufwärts einer Referenzverbindung
angeordneten Kammer herrschenden Druck ausgesetzt werden. Man
erkennt, daß dieses Verfahren die Tatsache ausnutzt, daß eine
fehlerhafte Montierung mehr Lecks haben wird als die als
korrekt vorausgesetzte Referenzmontierung. Unter diesen
Bedingungen wird das Gleichgewicht des beweglichen Elementes
gestört und seine Bewegung wird ausgewertet, um die
Ungenauigkeit der Montage zu signalisieren.
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Der zweite Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur
Durchführung des oben genanhten Verfahrens, umfassend einen
ersten Körper, der eine erste Kammer begrenzt, von der eine
Wand von einer mit dem Körper verbundenen Referenzverbindung
getragen ist, wobei diese Kammer an eine Leitung für die
Zufuhr von Druckgas und an eine Leitung zum Abgreifen des dort
herrschenden Drucks angeschlossen ist, einen zweiten Körper,
der eine zweite Kammer begrenzt, von der eine Wand durch das
vorgenannte Ende der zu kontrollierenden Verbindung getragen
ist, die lösbar mit dem zweiten Körper verbunden ist, wobei
diese zweite Kammer an eine Leitung für die Zufuhr von
Druckgas und an eine Leitung zum Abgreifen des dort herrschenden
Drucks angeschlossen ist, und einen dritten Körper, der ein
Gehäuse für ein bewegliches Element bildet, von dem zwei
einander entgegengesetzte Flächen jeweils die beweglichen Wände
zweier Kammern bilden, in die jeweils eine der beiden
Abgreifleitungen mündet.
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Bei einer Ausführungsform ist das bewegliche Element von
einer Membran gebildet, die in dem dritten Körper eine
Trennwand der Kammern bildet und mit einem Detektor zur Erfassung
ihrer Position verbunden ist.
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Vorzugsweise sind der erste und der dritte Körper zu einem
Erfassungsmodul verbunden, das durch eine flexible Leitung an
dem zweiten Körper angeschlossen ist, während der zweite
Körper in Form einer länglichen Sonde vorgesehen ist, die zur
Anbringung an dem Ende der zu kontrollierenden Verbindung in
einer Halterung angeordnet ist, in der sie gegen die Wirkung
eines elastischen Andruckorgans in Längsrichtung verschiebbar
gelagert ist und an dessen Ende sie mittels eines
Kugelgelenkes angelenkt ist.
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Andererseits hat man manchmal festgestellt, daß eine
Anordnung durch die pneumatische Kontrollvorrichtung als korrekt
erklärt werden konnte, obwohl die sie bildenden Teile nicht
korrekt zueinander angeordnet worden sind. Dies trifft
insbesondere für den Fall der Anordnung von Tellern an den Stößeln
von Ventilen mit Hilfe von Keile bildenden Halbkonusteilen
zu. Um in diesem Fall eine Fehlfunktion des Gerätes zu
vermeiden, hat die zweite Kammer eine Entlüftungsleitung, die
mit einem Verschlußorgan versehen ist, dessen Position durch
einen in Richtung auf die Endfläche der zu kontrollierenden
Verbindung vorspringenden Fühler gesteuert wird, um die
Position eines Elementes der Verbindung relativ zu einem anderen
Element derselben zu erfassen, das mit den Wänden der zu dem
zweiten Körper gehörenden zweiten Kammer zusammenwirkt, und
um das Schließen der Entlüftungsleitung zu steuern, wenn
diese Position korrekt ist.
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Weitere Merkmale und vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles.
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Dabei wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen.
Darin zeigen:
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Fig. 1 ein allgemeines Schema der zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Vorrichtung,
angewandt auf den Fall der Kontrolle der Montage
eines Ventiltellers auf einem Ventilstößel mittels
zweier Halbkonen,
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Fig. 2, 3
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und 4 orthogonale Schnittansichten des erfindungsgemäßen
Erfassungsmoduls, und
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Fig. 5 einen Längsschnitt durch die mobile Sonde der
erfindungsmäßen Vorrichtung.
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Das Schema der Fig. 1 zeigt zwei identische Anordnungen 1 und
2, bei denen es sich hier um die Montierung von Ventiltellern
3, 4 auf Ventilstößeln 5, 6 mit Hilfe von Halkonen 7, 8 bzw.
9, 10 handelt, wobei diese Halbkonen auf dem Stößel in
bekannter Weise durch ihr Zusammenwirken mit einer Nut G an
diesem Stößel erfolgt. Die Kontaktflächen dieser
verschiedenen Bestandteile haben untereinander Spiele, welche einen im
wesentlichen entlang des Ventilstößels 5, 6 gerichteten Kanal
bilden. Daraus folgt, daß man beim Anschluß einer
Druckfluid, insbesondere Druckgas-Quelle an das Ende jeder Anordnung 1,
2 einen Leckstrom (insbesondere einen pneumatischen
Leckstrom) durch die Anordnung in Richtung ihrer Achse erzeugen
kann, dessen Ausmaß ein Zeichen für die Qualität der
ausgeführten Montage ist. Durch Vergleich dieses Zeichens mit
einem Referenzwert, der voraussetzungsgemäß der Wert einer gut
ausgeführten Montage ist, kann man die Güte der Ausführung
der Montage kontrollieren und fehlerhafte Montierungen
eliminieren.
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Um dieses Verfahren anzuwenden, wird die Anordnung 1, welche
die Referenzanordnung ist, zum Verbleib an einem ersten
Körper 11 angeordnet (beispielsweise durch einen Flansch 12),
wodurch mit einer Endfläche der Anordnung 1 eine Kammer 13
begrenzt wird, die zur Anordnung 1 hin offen ist und die an
eine Druckfluid-Quelle 14 über eine kalibrierte Öffnung 15
angeschlossen ist, welche einstellbar ist.
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In analoger Weise bildet die Anordnung 2, welche die zu
kontrollierende Montage darstellt, die Wand einer Kammer 16, die
von einem zweiten Körper 17 begrenzt wird, der in lösbarer
aber dichter Weise an eine Endfläche 2a der Anordnung 2
angelegt werden kann. Diese Kammer 16 hat somit einen Leckstrom
durch die Anordnung 2 und ist an dieselbe Druckgasquelle 14
über eine kalibrierte Öffnung 18 angeschlossen, die ebenfalls
einstellbar ist.
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In einem Körper 19 hat man zwei Kammern 20 und 21
dargestellt. Die Kammer 20 ist mit der der Referenzmontage
zugeordneten Kammer 13 verbunden, während die Kammer 21 mit der
der zu kontrollierenden Montage zugeordneten Kammer 16
verbunden ist. Die beiden Kammern sind ferner durch ein
bewegliches Element 22 (hier als Gleitschieber dargestellt)
begrenzt, dessen Position im Gleichgewicht ist, wenn die auf
jedes Ende des Schiebers einwirkenden Kräfte gleich sind, die
von den in den Kammern 20, 21 herrschenden Drücken herrühren.
Dieses Element 22 ist Träger eines Elementes zum Erfassen der
Störung seines hier mit 24 bezeichneten Gleichgewichtes und
kann beispielsweise mit einem festen Kontaktelement
zusammenwirken.
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Man erkennt somit, daß dann, wenn die Montage 2 fehlerhaft
ist, weil die Halbkonen 9 und 10 nicht korrekt an ihrem Platz
sind (man erinnert sich, daß die Montage automatisch erfolgt)
im Prinzip ein sehr viel größeres Spiel zwischen den die
Anordnung 2 bildenden Bestandteilen vorhanden sein muß als
zwischen den Bestandteilen der Anordnung 1. Der sich in der
Kammer
16 aufbauende Druck ist somit geringer als der in der
Kammer 13 herrschende Druck. Der Schieber 22 verschiebt sich
in der Figur nach rechts, was durch jeden mit dem Element 23
verbundenen geeigneten Aufnehmer für die Entscheidung
interpretiert wird, die kontrollierte Anordnung zu eliminieren.
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Die Möglichkeit zur Regelung des Durchmessers der Öffnung 15
erlaubt die Einstellung eines Auslöse-Schwellwertes der
Vorrichtung, das heißt des Referenzdruckes, unterhalb dessen der
Schieber sich bewegt.
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Die Figuren 2 bis 4 sind die Darstellung einer
Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Körper 11 und 19 zu einem
Detektormodul 30 vereinigt sind. Man findet in diesen Figuren
die meisten der bereits beschriebenen Elemente mit denselben
Bezugszeichen wieder. Die Druckgasquelle ist mit dem Modul 30
über eine Eintrittsöffnung 31 verbunden, die in einen Kanal
32 mündet, von dem zwei Zweigleitungen abgehen, die eine
Zweigleitung 33, die mit der kalibrierten Öffnung 15 versehen
ist und in die Kammer 13 mündet, sowie die andere
Zweigleitung 34, die mit der kalibrierten Öffnung 18 versehen ist und
in die Kammer 21 zur Betätigung des beweglichen Organes
mündet. Letzteres ist hier in Form einer verformbaren Membran 35
dargestellt, welche in einem Hohlraum des Moduls 30 eine
Kammer 21 und eine Kammer 20 begrenzt. Das Element 33 ist in den
Figuren 2 bis 4 ein Stößel 23, der mit der Membran 35
verbunden ist, die beispielsweise einem Magnetkontakt zugeordnet
ist. Die Kammer 20 ist mit der Kammer 13 über einen Kanal 36
innerhalb des Moduls 30 verbunden. Die Kammer 21 ist außer
ihrer Verbindung mit der Druckguelle ferner über eine mit
einer Anschlußeinrichtung 38 versehene Leitung 37 an die Kammer
16 des zweiten Körpers 17 angeschlossen, der in der Figur 5
dargestellt ist. Genauer gesagt ist die Anschlußeinrichtung
38 jene eines nicht dargestellten biegsamen Schlauches,
welcher die Leitung 37 mit einem in dem Körper 17 ausgebildeten
und zur Kammer 16 führenden Kanal verbindet.
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Bezüglich der Figuren 2 und 4 ist ferner zu bemerken, daß der
Kanal 32 eine Öffnung 31' zu seiner Verbindung an einen
ähnlichen danebenliegenden Modul hat, um einen gemeinsamen
Zufuhrkanal rur eine Batterie von Kontrollmodulen zu bilden,
dessen jeder mit einer Sonde verbunden ist. Man kann sogar
vorsehen, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, daß
eine einzige Eich- oder Referenzanordnung für die Gesamtheit
der eingesetzten Module vorgesehen ist, wobei die die
Anordnung übergreifende Kammer 13 durch zueinander parallele
Leitungen wie die Leitung 36 an jede der jeweiligen Sonde
zugeordnete Kammer 20 angeschlossen ist.
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In der Figur 5 erkennt man, daß der Körper 17 in Form einer
rohrförmigen länglichen Sonde ausgebildet ist, wobei die
Kammer 16 an einem seiner Enden von einer stufenförmigen
Aussparung 39 gebildet ist, die mit einer torusförmigen Dichtung
versehen ist, welche die Dichtheit bei der Anlage der Sonde
an einer Endfläche 2a der zu kontrollierenden Anordnung 2
gewährleistet. Diese Sonde 17 ist in einer Halterung 41
angeordnet, in welcher sie in Längsrichtung gegen die Wirkung
einer Feder 32 gehalten werden kann, die sie gegen die zu
kontrollierende Anordnung drückt. Diese Halterung 4l ist von
zwei Abschnitten 43 und 44 gebildet, die relativ zueinander
verschiebbar sind, wobei die Feder 42 zwischen diesen beiden
Abschnitten angeordnet ist. Der Abschnitt 44 hat eine
sphärische Lagerendfläche 45, auf der eine entsprechende
Lagerfläche 46 der Sonde 17 unter der Wirkung der Feder 42 anliegt.
Diese Anordnung erlaubt einen Freiheitsgrad der Sonde relativ
zu ihrer Halterung 41, die ihrerseits an dem Ende eines
Kontrollroboters angeordnet ist, um die möglichen Variationen in
der Ausrichtebene des Tellers 4 relativ zur Andruckachse 47
der Sonde 17 zu berücksichtigen.
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Der Kanal innerhalb des Körpers 17, der in die Kammer 16
mündet, ist von dem freien Raum zwischen der Innenoberfläche des
rohrförmigen Hohlraumes dieses Körpers und einer
Teleskopstange 50 gebildet, die gleitend in diesem Hohlraum
montiert
ist. Diese Stange 50 besteht aus zwei Abschnitten 51
und 52, die beispielsweise an ihrer Außenseite kannelliert
sind (oder einen hexagonalen Querschnitt haben), um den
genannten Freiraum zu bilden, und aus einem zentralen Abschnitt
53 geringeren Durchmessers, der mit dem unteren Abschnitt 51
verbunden ist und auf dem der obere Abschnitt 52 gleitet.
Eine Feder 54 erstreckt sich zwischen den beiden Abschnitten 51
und 52. Ferner setzt sich der Abschnitt 51 in die Kammer 16
über einen Taster 55 fort, der in der Achse 47 der Sonde
angeordnet ist.
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In Verlängerung des Rohres 17 hat die Sonde ein Anschlußteil
P, das einerseits eine Abzweigung 56 zur Verbindung der
Kammer 16 mit der Anschlußeinrichtung 38 des Moduls 30 und
andererseits eine Entlüftungsleitung 57 für diese Kammer 16 hat,
die mit dem Innenraum des Rohres 17 über einen Ventilsitz 58
in Verbindung steht.
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Wenn die Sonde nicht an der Oberfläche 2a der Anordnung 2
anliegt, wird die bewegliche Anordnung 51, 52, 53, 54 durch die
Feder 59 nach unten gedrückt, die zwischen dem das Rohr 17
verlängernden Anschlußteil und dem Abschnitt 52 der Stange 50
angeordnet ist. Innerhalb dieser Feder kann der Abschnitt 52
der Stange von einem Stift 60 verlängert sein, der ein
Anschlagelement bildet, das zur Anlage an dem Boden der Bohrung
des Anschlußteils P kommt, wodurch vermieden wird, daß der
Abschnitt 52, der das Ventil zum Verschließen des
Ventilsitzes 58 bildet, zu stark die Dichtung dieses Ventilsitzes
zerdrückt. Dieser Abschnitt 52 wird somit von dem Ventilsitz 58
abgehoben und die Kammer 16 tritt mit der Entlüftungsöffnung
57 in Verbindung. Außerdem ragt der Taster 55 in die
stufenförmige Aussparung 39.
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Bei Anlage der Sonde an der Anordnung 2 wird der Taster 55
durch den Ventilstößel 6 zurückgeschoben, wenn dieses korrekt
an diesem Stößel angeordnet ist. Der Abschnitt 51 folgt
derselben Bewegung und bewirkt über die Feder 54 die
Aufwärtsbewegung
des Abschnittes 52, der sich gegen den Ventilsitz 58
anlegt. Die Entlüftungsleitung 57 wird verschlossen. Die
Kammer 16 steht in Verbindung mit Kammer 21 des Moduls 30.
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Wenn, wie man dies manchmal feststellt, der Teller 4 am Ende
des Ventilstößels 6 montiert ist aufgrund der Tatsache, daß
die Halbkonen 9 und 10 nicht in die Nut G eingreifen, sondern
im Bereich der Abschrägung am Ende des Stößels 6 liegen,
tritt der Taster 55 nicht in Berührung mit dem Stößel 6,
bevor die Sonde vollständig an der Oberfläche 2a der Anordnung
2 anliegt. Der Verschluß der Entlüftungsöffnung 57 ist nicht
gewährleistet und die Kammer steht mit letzterer in
Verbindung. Der sich in der Kammer 21 des Moduls 30 aufbauende
Druck steht nicht im Gleichgewicht mit dem in der Kammer 20
herrschenden Druck und der Detektor 23 registriert einen
Montagefehler, der zur Eliminierung der Anordnung führt.
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Die Erfindung findet eine interessante Anwendung insbesondere
bei der Kontrolle von Anordnungen, die aufeinandergestapelte
und bezüglich einer Achse zentrierte Elemente haben, wie
beispielsweise die Anordnung der Federteller an dem Ende von
Ventilstößeln von Verbrennungsmotoren.