用于測量機器元件的形狀、位置和規(guī)格特征的設(shè)備和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于測量機器元件的形狀、位置和規(guī)格特征的設(shè)備和方法。本發(fā)明的任務(wù)，即，找到一種用于測量可旋轉(zhuǎn)的機器元件的形狀特征、位置特征和規(guī)格特征的可能性，其允許有微小的結(jié)構(gòu)花費且能夠以高精密度來測量能軸向觸摸的還具有被遮蓋區(qū)域的表面，根據(jù)本發(fā)明來解決。根據(jù)本發(fā)明，除了具有照明模塊(31)和拍攝機器元件(5)的陰影圖像的照相機模塊(33)的光學測量單元(3)外，在軸向上存在有具有觸知測量觸頭(42)的機械測量單元(4)，用于測量機器元件(5)，該機械測量單元固定在光學測量單元(3)上并且具有樞轉(zhuǎn)裝置(41)，其用于與機器元件(5)的旋轉(zhuǎn)軸線(6)正交地內(nèi)轉(zhuǎn)觸知測量觸頭(42)。
【專利說明】用于測量機器元件的形狀、位置和規(guī)格特征的設(shè)備和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于測量可旋轉(zhuǎn)的機器元件(例如馬達軸和傳動軸、聯(lián)桿、閥門、活塞、螺栓、渦輪部件等)的形狀特征、位置特征和規(guī)格特征的設(shè)備和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了軸的精確測量建立了觸知測量方法，其中，表面可以被機械觸摸元件觸摸并且被非常精確地測量。但在變換測量任務(wù)的情況下，觸知測量方法通常需要高的改裝花費。
[0003]針對這種情況提供有光學測量方法。該方法產(chǎn)生軸的陰影圖像，在該陰影圖像上外輪廓可以被測出。由于非接觸的測量，機器元件可以被很快地探測并且高精確度地測量。在不同的測量任務(wù)之間的變換可以是簡單且快速的。光學測量設(shè)備的缺點是例如不可以測量在陰影圖像中不可見的凹的部分表面和咬邊。
[0004]基于該原因提出將光學測量方法和觸知測量方法組合在一個設(shè)備中。在專利文獻DE10319947B4中公開了一種設(shè)備，其中，對軸的周面的探測借助組合使用光學測量單元和機械測量單元來進行。為此該設(shè)備具有如下測量系統(tǒng)，在該測量系統(tǒng)中機械-電子測量單元集成在光電測量單元中用以軸的測量并且如有需要可以線性地駛出。在此，軸被夾在設(shè)備的轉(zhuǎn)動軸線上。測量系統(tǒng)具有U形的光電測量單元，它的自由端部在第一測量位置中布置在被夾住的軸的兩側(cè)。在自由端部中安裝有光柵式的照明模塊和照相機模塊。這樣軸的陰影圖像以公知的方式產(chǎn)生并且被拍攝，軸可以在該陰影圖像上被測量。為了完全探測軸，該軸在此繞著旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)并且光電測量單元平行于轉(zhuǎn)動軸線地沿著該軸行駛。為了提高測量精確度，軸的周面的額外測量于是可以利用附著在U形光電測量單元的基底上的機械-電子測量單元來進行。利用光電測量單元的運動，機械-電子測量單元也被自動地引導至軸，從而在第二測量位置中，周面可以被機械地觸摸。在此測量值記錄在軸向平面內(nèi)部垂直于軸的轉(zhuǎn)動軸線進行，從而周面被觸摸元件高精確度地觸知探測。但是測量單元僅能夠?qū)崿F(xiàn)精確地機械觸摸周面?；旧吓c軸的轉(zhuǎn)動軸線正交的表面僅被光學探測。因為為了保持設(shè)備的高測量精確度通常使用在機械上穩(wěn)定并且由此大量的結(jié)構(gòu)部件，所以由此為了在兩個測量位置之間實現(xiàn)精密地調(diào)整可運動支承的U形支架，提高的結(jié)構(gòu)上的花費是必需的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的任務(wù)是找到一種用于測量可旋轉(zhuǎn)的機器元件的形狀特征、位置特征和規(guī)格特征的可能性，其能夠?qū)崿F(xiàn)微小的結(jié)構(gòu)花費并且同時高的精密度，也能夠以高測量精確度來測量如下表面，該表面相對于旋轉(zhuǎn)軸線可以具有明顯的直至相對于旋轉(zhuǎn)軸線正交取向的傾斜并且具有被遮蓋的區(qū)域，比如咬邊，上坡和不平坦等。
[0006]在用于測量可旋轉(zhuǎn)的機器元件的形狀特征、位置特征和規(guī)格特征的設(shè)備中，該設(shè)備包含具有沿著機架布置的線性引導裝置和與此平行布置的線性引導系統(tǒng)的機械穩(wěn)定的機架、用于容納可繞著機器元件的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的機器元件的工件保持裝置，具有照明模塊和照相機模塊的光學測量單元，其中，該工件保持裝置具有至少一個容納在線性引導裝置中的夾緊機構(gòu)，繞該夾緊機構(gòu)，機器元件可繞著旋轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動，該光學測量單元可運動地布置在線性引導系統(tǒng)上并且利用該光學測量單元，可從可轉(zhuǎn)動地布置在照明模塊與對置的照相機模塊之間的機器元件拍攝機器元件的二維陰影圖像，該任務(wù)根據(jù)本發(fā)明通過如下方法來解決，即，光學測量單元具有額外的機械測量單元，該機械測量單元帶有用于在軸向方向上測量機器元件的觸知測量觸頭，其中，該機械測量單元固定在光學測量單元上并且具有用于使觸知測量觸頭在相對于機器元件的旋轉(zhuǎn)軸線的正交平面中內(nèi)轉(zhuǎn)的樞轉(zhuǎn)裝置。
[0007]有利地，觸知測量觸頭具有一維的、在平行于機器元件的旋轉(zhuǎn)軸線的兩個方向上進行測量的、具有觸摸臂和至少一個觸摸元件的測量值記錄儀，其中，該測量臂的長度使得在內(nèi)轉(zhuǎn)觸知測量觸頭時所述至少一個觸摸元件畫出至少橫穿機器元件的旋轉(zhuǎn)軸線的圓弧。
[0008]如下證明是適宜的，S卩，觸知測量觸頭具有如下觸摸臂，該觸摸臂具有在于機器元件的旋轉(zhuǎn)軸線平行的方向上間隔開的兩個觸摸球，從而可測量被周圍材料遮蓋的表面。
[0009]優(yōu)選地，樞轉(zhuǎn)裝置為了定位觸知測量觸頭的至少一個觸摸球能夠在關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸線的半徑中無級地調(diào)整。
[0010]有利地，觸知測量觸頭可通過光學測量單元沿著線性引導系統(tǒng)的運動在機器元件的每個軸向位置上定位并且由此可實現(xiàn)對能軸向觸摸的表面的觸摸運動。
[0011]如下是有利的，即，用于在旋轉(zhuǎn)軸線的軸向方向上校準觸知測量觸頭的校準體具有至少兩個與旋轉(zhuǎn)軸線正交的且彼此軸向?qū)χ玫膮⒖济?，并且該校準體附著在工件保持裝置上，其中，校準體的參考面中各有至少一個參考面可以通過光學測量單元以及通過機械測量單元來檢測。
[0012]校準體可以是U形型材，其具有兩個平行的內(nèi)表面，所述內(nèi)表面作為參考面與旋轉(zhuǎn)軸線正交地布置。
[0013]在另一有利的變型方案中，校準體可以是與旋轉(zhuǎn)軸線同中心布置的、具有環(huán)繞的矩形槽的旋轉(zhuǎn)體，其中，矩形槽的彼此平行對置的內(nèi)表面是與旋轉(zhuǎn)軸線正交地布置的參考面，其中，該旋轉(zhuǎn)體在夾緊機構(gòu)上同中心地固定。
[0014]有利地，校準體的溫度可以借助溫度傳感器來探測并且在參考表面之間測出的長度標準在考慮到校準體的溫度依賴性的情況下、在考慮到其熱膨脹系數(shù)的情況下被修正至
基準溫度。
[0015]此外，在用于測量可旋轉(zhuǎn)的機器元件的形狀特征、位置特征和規(guī)格特征的方法中，該任務(wù)通過以下步驟來解決:
[0016]a)將機器元件夾在工件保持裝置的至少一個可轉(zhuǎn)動的夾緊機構(gòu)中，用于機器元件繞著旋轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動；
[0017]b)在機器元件繞著旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的情況下通過在光學測量單元的與旋轉(zhuǎn)軸線正交取向的光路中探測陰影圖像來光學測量機器元件的區(qū)段，用于從該陰影圖像中測定能軸向觸摸的表面的位置并且測定形狀特征、位置特征和規(guī)格特征；
[0018]c)使光學測量單元運動到機器元件的能軸向觸摸的表面的、被光學測量單元測定的位置，用于與能軸向觸摸的表面的被光學測定的位置對應(yīng)地定位具有觸知測量觸頭的機械測量單元；
[0019]d)通過如下方式來觸知測量機器元件的彼此軸向?qū)χ玫谋砻娴妮S向距離值，即，使聯(lián)接到光學測量單元上的觸知測量觸頭在分別與待觸摸的表面對置的正交平面中內(nèi)轉(zhuǎn)，并且利用觸知測量觸頭來觸摸該表面。
[0020]優(yōu)選地，對彼此軸向?qū)χ玫牟⑶彝ㄟ^空氣彼此分開的表面的觸知測量以如下方式進行，即，利用觸知測量觸頭交替地觸摸彼此軸向?qū)χ玫谋砻娴摹⒕哂须x旋轉(zhuǎn)軸線相同徑向距離且針對每個選出的徑向距離呈現(xiàn)一個長度測量值的點，其中，該觸知測量觸頭事先在具有彼此平行對置的、與旋轉(zhuǎn)軸線正交取向的兩個參考面的校準長度標準件上被校準。
[0021]此外以如下方式實施對彼此軸向?qū)χ玫谋砻娴挠|知測量是可行的，S卩，其中一個表面的軸向位置被光學測量單元探測而另一表面的軸向位置被觸知測量觸頭探測，其中，光學測量單元和機械測量單元事先以如下方式相互校準，g卩，在參考面上確定在光學測量單元的測量位置與機械測量單元的測量位置之間的偏移值。
[0022]此外如下是適宜的，即，在一個或多個與旋轉(zhuǎn)軸線同中心的軌跡中觸知測量觸頭的測量值被記錄并且被用于計算形狀特征，其中，該機器元件繞著旋轉(zhuǎn)軸線轉(zhuǎn)動。
[0023]優(yōu)選地，經(jīng)校準的長度標準件至少在光學測量開始前用于至少一個校準步驟。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]下面應(yīng)借助實施例對本發(fā)明進行詳細闡述。在附圖中:
[0025]圖1以測量機器的整體視圖示出根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的原理性結(jié)構(gòu)圖；
[0026]圖2a示出與可內(nèi)轉(zhuǎn)的觸知測量觸頭形式的機械測量單元組合的光學測量單元的被剖開的前視圖；
[0027]圖2b以俯視圖示出組合的測量單元，帶有在內(nèi)轉(zhuǎn)運動期間的觸知測量觸頭；
[0028]圖2c示出組合的測量單元，帶有處在觸摸運動中的已內(nèi)轉(zhuǎn)的觸知測量觸頭；
[0029]圖2d示出組合的測量單元，帶有從上方觸摸能軸向觸摸的表面時的已內(nèi)轉(zhuǎn)的測量觸頭；
[0030]圖3a示出借助觸知測量觸頭來從下方觸摸能軸向觸摸的表面；
[0031]圖3b示出利用附著在光學測量單元的另一部位上的觸知測量觸頭來從下方觸摸能軸向觸摸的表面；
[0032]圖4示出第一示例，其用于利用觸知測量觸頭的匹配的觸摸元件來觸摸難以接近的能軸向觸摸的表面；
[0033]圖5示出第二示例，其用于觸知地測量在兩個能軸向觸摸的表面之間的軸向距離值；
[0034]圖6以設(shè)備的前視圖和俯視圖示出可行的變型方案，其用于確定在觸知測量觸頭與光學測量單元之間的偏移值(校準)；
[0035]圖7示出另一變型方案，其用于測量在靜態(tài)的長度標準件上的觸知測量觸頭的校正(校準)；
[0036]圖8示出另一實現(xiàn)方式，其用于測量在旋轉(zhuǎn)的長度標準件上的觸知測量觸頭的校正(校準)。
【具體實施方式】
[0037]設(shè)備原則上像圖1示出的那樣建造。設(shè)備基本上包括機械穩(wěn)定的機架1，工件保持裝置2和光學測量單元3可運動地布置在該機架上。工件保持裝置2具有被驅(qū)動的定心頂尖22和隨轉(zhuǎn)的定心頂尖24 (其形成旋轉(zhuǎn)軸線6)，在旋轉(zhuǎn)軸線6上機器元件5可容納在這兩個定心頂尖之間。與機器元件5對置地，在旋轉(zhuǎn)軸線6的兩側(cè)布置有光學測量單元3。為了光學測量機器元件5，光學測量單元3在旋轉(zhuǎn)軸線6的一側(cè)具有照明模塊31，而在旋轉(zhuǎn)軸線6的對置的一側(cè)具有照相機模塊33。樞轉(zhuǎn)裝置41固定地布置在光學測量單元3的一側(cè)上。樞轉(zhuǎn)裝置41具有可與旋軸線6正交樞轉(zhuǎn)的機械測量單元4。
[0038]工件保持裝置2由固定地布置在機架I的端部上的頭座21和可運動地布置在機架I上的尾座23構(gòu)成。為了使尾座23運動，在機架I上安裝有沿著機架I分布的線性引導裝置11。在線性引導裝置11上，尾座23可以相對于頭座21運動并且在任意位置被牢牢地夾緊在線性引導裝置11中。頭座21配備有可轉(zhuǎn)動的且被驅(qū)動的定心頂尖22并且尾座23配備有可轉(zhuǎn)動的且隨轉(zhuǎn)的定心頂尖24。被驅(qū)動的定心頂尖22和運轉(zhuǎn)的定心頂尖24的軸線彼此共軸地取向。被驅(qū)動的定心頂尖22和隨轉(zhuǎn)的定心頂尖24相互指向，從而使得機器元件5可轉(zhuǎn)動地容納在兩個定心頂尖之間在機器元件5的相應(yīng)的定心孔中。通過隨轉(zhuǎn)的定心頂尖24，被限定的力施加到機器元件5上，從而在被驅(qū)動的定心頂尖22與機器元件5的定心孔之間出現(xiàn)力鎖合(Kraftschluss)。由于力鎖合，機器元件5可以通過被驅(qū)動的定心頂尖22開始旋轉(zhuǎn)。為了精確地探測旋轉(zhuǎn)的機器元件5的角位置，被驅(qū)動的定心頂尖22與精密的角度測量系統(tǒng)(未示出)連接。
[0039]在該設(shè)備的實施方案中，將機器元件5僅單側(cè)地容納在頭座21上也可以是足夠。為了容納，像在圖7中示出的那樣，爪式卡盤或彈簧夾頭安裝在頭座21上，在該爪式卡盤或彈簧夾頭中機器元件5可以被夾住并且在需要時也可以繞著旋轉(zhuǎn)軸線6旋轉(zhuǎn)。
[0040]同樣容納在機架I上的光學測量單元3呈U形地構(gòu)造并且在U形底部的表面上可運動地附著在機架I上，從而光學測量單元3的平行側(cè)邊在兩側(cè)且垂直于機架I地相間隔地定向。為了容納光學測量單元3，沿著機架I平行于線性引導裝置11分布地安裝有線性引導系統(tǒng)12(在圖1中不可見地布置在機架的背側(cè))。線性引導系統(tǒng)12可以由兩個平行分布的高精確度的滑軌構(gòu)成。將光學測量單元3容納在線性引導系統(tǒng)12的滑軌上經(jīng)由相應(yīng)的支承件進行，利用該支承件光學測量單元3可以沿著機架I運動。
[0041]像在圖2a中以前視圖示出的那樣，為了實施光學測量，在光學測量單元3的一個側(cè)邊端部中集成有照明模塊31，而在光學測量單元3的另一個側(cè)邊端部中集成有照相機模塊33。通過光學測量單元3的機械穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，照明模塊31和照相機模塊33在靜態(tài)的光學軸線34上對置，從而從照明模塊31中發(fā)出的光束32可以被照相機模塊33探測到。照明模塊31和照相機模塊33正交地且在工件保持裝置2的兩側(cè)布置，從而使得工件保持裝置2的旋轉(zhuǎn)軸線6，像在根據(jù)圖2b的俯視圖中示出的那樣，大致定位在光束32的中心處。
[0042]通過光學測量單元3沿著線性引導系統(tǒng)12運動，光學測量單元3的光束32可以沿著工件保持裝置2的旋轉(zhuǎn)軸線6運動。容納在工件保持裝置2中的機器元件5可以由此被完全探測到。對此機器元件5被照明模塊31照亮并且形成的陰影圖像被照相機模塊33拍攝到。由陰影圖像可以產(chǎn)生機器元件5的二維輪廓，其可以用于計算機器元件5在測量技術(shù)上的量，像例如長度、直徑、平行度、筆直度、角度或半徑。
[0043]光學測量單元3保持不動而機器元件5繞著旋轉(zhuǎn)軸線6運動也是可行的。在同時探測繞著旋轉(zhuǎn)軸線6轉(zhuǎn)動的機器元件5的角位置時，機器元件5在平行于旋轉(zhuǎn)軸線6的截面上的輪廓可以被探測到并且由此來計算不同的在測量技術(shù)上的量，比如依賴于旋轉(zhuǎn)角度的位置、圓度和徑跳(Rundlauf)。由多個這種輪廓的組合，其他在測量技術(shù)上的量，像例如柱體形狀、共軸性和整體徑跳可以被算出。
[0044]除了光學測量單元3，設(shè)備額外地具有機械測量單元4。像在圖1中示出的那樣，機械測量單元4由樞轉(zhuǎn)裝置41構(gòu)成，其經(jīng)由穩(wěn)定的基板40固定地與光學測量單元3的側(cè)邊連接。觸知測量觸頭42附著在樞轉(zhuǎn)裝置41上，該測量觸頭由具有觸摸臂422和封閉觸摸臂422的觸摸元件423的測量值記錄儀421構(gòu)成。像在圖2b中以俯視圖示出的那樣，樞轉(zhuǎn)裝置41與觸知測量觸頭42 —起可以進行繞著平行于旋轉(zhuǎn)軸線6布置的樞轉(zhuǎn)軸線43的無級地樞轉(zhuǎn)運動。在此，觸知測量觸頭42與內(nèi)轉(zhuǎn)軸線43正交地布置有觸摸臂422，從而在處于機器元件5的外部與內(nèi)部的位置之間該測量觸頭可以占據(jù)每個中間位置。
[0045]像在圖2a至2d中，在觸摸機器元件5的完全與旋轉(zhuǎn)軸線6正交定向的表面時示出的那樣，機械測量單元4設(shè)計僅用于測量機器元件5的能軸向觸摸的表面。因此觸知測量觸頭42實施為一維測量觸頭，其觸摸臂422可以平行于旋轉(zhuǎn)軸線6沿兩個方向偏轉(zhuǎn)。因此能軸向觸摸的表面可以在旋轉(zhuǎn)軸線6的兩個方向上被觸摸并且測量。不僅機械測量單元4沿著旋轉(zhuǎn)軸線6的定位，而且還有機械測量單元4對機器元件5的能軸向觸摸的表面的觸摸運動都通過光學測量單元3的運動來進行。相對于利用光學測量單元3的測量，利用機械測量單元4尤其可以在測量機器元件5的與旋轉(zhuǎn)軸線正交取向的表面的距離值M和平整度、端跳、垂直性中可達到特別高的精確度。
[0046]像在圖3a和圖3b中借助兩個示例性的位置示出的那樣，可以將樞轉(zhuǎn)裝置41安裝到光學測量單元3的不同部位上。在這些圖中，示出以兩個不同定位的機械測量單元4對一個且同一個能軸向觸摸的表面的測量。樞轉(zhuǎn)裝置41既可以安裝到光學測量單元3的側(cè)邊的面向頭座21的側(cè)上，也可以安裝到光學測量單元3的側(cè)邊的面向尾座23的側(cè)上。只要觸摸臂422的長度和樞轉(zhuǎn)軸線43相對于旋轉(zhuǎn)軸線6的位置以如下方式來選擇，即，觸知測量觸頭42在圓弧形的內(nèi)轉(zhuǎn)運動時可以通過觸摸元件423與旋轉(zhuǎn)軸線6相切(圖2b)，那么機械測量單元4的位置對于執(zhí)行該測量來說不重要。通過之前提到的限制如下被保障，即，通過觸知測量觸頭42可以到達夾到工件保持裝置2中的機器元件5的每個徑向位置。
[0047]根據(jù)待測量的、能軸向觸摸的表面的形狀和位置，所使用的觸摸元件423的幾何結(jié)構(gòu)可以被匹配。安裝在觸摸臂422的端部的觸摸球可以作為特別有利的觸摸元件423來使用，利用該觸摸球已經(jīng)可以實施許多在能軸向觸摸的表面上的測量任務(wù)。但是也可以使用其他觸摸元件423，像例如柱形件，頂尖或套形件，利用這些觸摸元件可更好地到達難以接近的表面。
[0048]針對能軸向觸摸的表面，該表面像在圖4中示出的那樣位于機器元件5的外部結(jié)構(gòu)的后面并且不能利用直的具有觸摸元件423的觸摸臂422夠到，觸摸臂422的特殊的實施方案可以被使用。該觸摸臂具有觸摸球形式的兩個觸摸元件423，該觸摸球彼此以一定距離，在平行于旋轉(zhuǎn)軸線6的方向上布置在觸摸臂422的端部。
[0049]在用于測量形狀特征、位置特征和規(guī)格特征的根據(jù)本發(fā)明的方法中，在第一方法步驟中相應(yīng)的機器元件5夾到可轉(zhuǎn)動的工件保持裝置2中。除了兩個定心頂尖之外，單側(cè)的夾緊機構(gòu)，比如三爪卡盤、四爪卡盤或六爪卡盤或彈簧夾頭可以作為可轉(zhuǎn)動的工件保持裝置2使用。機器元件5可以是馬達軸和傳動軸、聯(lián)桿、閥門、活塞、螺栓、渦輪部件或類似物，其固定地容納在工件保持裝置2中，從而其可以繞著旋轉(zhuǎn)軸線6轉(zhuǎn)動。
[0050]在隨后的方法步驟中，機器元件5可以被光學測量。為此利用光學測量單元3來探測機器元件5的陰影圖像。該陰影圖像在光學測量單元3的與旋轉(zhuǎn)軸線6正交取向的光路中產(chǎn)生。
[0051]在光學測量中，輪廓可以逐段地記錄，其方法不僅可以是旋轉(zhuǎn)軸線6保持不動而測量單元3平行于旋轉(zhuǎn)軸線6運動，而且還可以是機器元件5繞著旋轉(zhuǎn)軸線6旋轉(zhuǎn)而測量單元3保持在一個位置上。以該方式可以特別快地探測到機器元件的形狀特征、位置特征和規(guī)格特征。
[0052]從光學測量中也可容易地測定機器元件5的能軸向觸摸的表面位置。相應(yīng)于能軸向觸摸的表面的光學探測到的位置，在下一個方法步驟中具有觸知測量觸頭42的用于測量該表面的機械測量單元4可以被定位。定位通過光學測量單元3沿著線性引導系統(tǒng)12的運動來進行(僅在圖6中示出)。光學測量單元3被如下這樣地定位，即，機械測量單元4的觸知測量觸頭42可以在與待測量的表面對置的正交平面中無碰撞地內(nèi)轉(zhuǎn)到機器元件5中。
[0053]在最后的方法步驟中進行對能軸向觸摸的表面的觸知測量。為此觸知測量觸頭42從位于機器元件5外部的輸出位置內(nèi)轉(zhuǎn)到機器元件5中(見圖2b、圖2c)，直至到達期望的相對于旋轉(zhuǎn)軸線6的徑向位置，在該徑向位置中通過光學測量單元3的運動，通過觸知測量觸頭42進行待測量表面的觸摸。
[0054]在機器元件5的能軸向觸摸的兩個表面之間的距離值M的測量特殊性應(yīng)該借助如下兩個實施例來闡述。
[0055]在第一實施例中測量兩個對置的表面的距離值M，這些表面通過機器元件5的材料彼此隔開。測量可以借助圖2a至圖2d來闡述并且通過組合使用光學測量方法和觸知測量方法來進行。機器元件5的有關(guān)區(qū)段(在圖2a至圖2d中機器元件5的具有更大直徑和該相關(guān)區(qū)段的與旋轉(zhuǎn)軸線6正交定向的兩個平面的區(qū)域)首先完全利用光學測量單元3來探測。從拍攝的陰影圖像中探測出這兩個能軸向觸摸的表面的位置(圖2a)。緊接著觸知測量觸頭42借助光學測量單元3先運動到從光學測量中得知的正交平面中，其與其中一個能軸向觸摸的表面(在圖2a中該表面在機器元件5的待測量的區(qū)段上方)對置，并且觸知測量觸頭42，像圖2b中示出的那樣，內(nèi)轉(zhuǎn)到機器元件5的區(qū)域內(nèi)。一旦觸知測量觸頭42相對于旋轉(zhuǎn)軸線6到達期望的徑向位置，像圖2c中示出的那樣，那么觸知測量觸頭42的觸摸運動借助光學測量單元3來進行。觸摸運動會繼續(xù)，直到觸知測量觸頭42放置在能軸向觸摸的表面上并且像圖2d中示出的那樣，達到為了測量值的探測所必需的偏轉(zhuǎn)。以該方式，軸向位置可以被測出，該軸向位置由于在陰影圖像中被遮蓋的表面區(qū)域或由于不可見的元件不可以被足夠精確地測量。
[0056]來自上面示例的兩個表面的距離值M的測量也可以通過觸知探測一個表面的軸向位置而光學探測另一個表面的軸向位置來進行。
[0057]第二實施例在圖5中示出，待測量的能軸向觸摸的表面在此彼此對置并且僅通過空氣相互隔開。為了測定這兩個表面的位置，在這里事先也可以進行快速的光學測量。在機械的距離值測量中，觸知測量觸頭42現(xiàn)在可以在機器元件5的兩個表面之間的任意的正交平面中內(nèi)轉(zhuǎn)。兩個表面的測量通過光學測量單元3在平行于旋轉(zhuǎn)軸線6的兩個方向上的運動來進行，從而在該徑向位置上可以從下方觸摸一個表面而從上方觸摸另一表面并且測定針對該徑向位置的距離值。因為觸知測量觸頭42在該測量中保持在不改變的徑向位置中，所以在該情況下可以排除可能由于觸知測量觸頭42的樞轉(zhuǎn)運動而產(chǎn)生的測量錯誤，從而可預期得到非常精確的測量結(jié)果。
[0058]在用于完全探測具有多個帶有能軸向觸摸的表面的待測量的區(qū)段的機器元件5的組合的光學測量和機械測量中，流程可以像以下描述的那樣不同地設(shè)計。
[0059]或者存在如下可行性，首先在第一方法步驟中光學測量機器元件5的所有區(qū)段。這可以利用光學測量單元沿著機器元件5的運動來進行，其中，整個機器元件5的逐次拍攝的陰影圖像被探測到。緊接著在其他觸知的測量的分步驟中，所有有關(guān)的區(qū)段依次被機械測量單元4觸摸并且測量。
[0060]或者替選地存在如下可行性，機器元件5在接下來的方法步驟中逐段地被光學和觸知地測量。在光學地并且觸知地探測機器元件5的第一區(qū)段之后，測量單元3和4運動到下一個區(qū)段并且測量該區(qū)段，直到機器元件5被完全探測。
[0061]為了能夠?qū)崿F(xiàn)非常精確的測量，在測量機器元件5之前或期間，測量單元的校準是必需的。校正步驟必須在示例中提到的兩個方法流程中實施并且也在該方法的所有其他變型方案中實施。校正流程取決于用于測量能軸向觸摸的表面所使用的測量單元的組合。
[0062]在用于測量能軸向觸摸的表面的測量方法的第一變型方案中，其中，光學測量單元3和機械測量單元4組合地使用，精確的偏移值O至少在測量開始之前并且必要時也在測量期間被測定，該偏移值相應(yīng)于在光學測量單元3的光學軸線34與觸知測量觸頭42的觸摸元件423之間的距離值。像在圖6中示出的那樣，參考面R為此是必需的，其可以被兩個測量單元3和4觸摸。在圖6中，參考面R集成在頭座21中。距離值測量應(yīng)該以如下方式進行，即，不僅光學地而且觸知地探測參考面R。于是從兩個測量值的差中可以測定偏移值O。只要參考面既可以被光學測量單元3也可以被機械測量單元4觸摸，那么參考面R的位置是不重要的。因此像在圖6中，在尾座23上以虛線示出的那樣，參考面也可以替選地布置在工件保持裝置2的其他位置或布置在與工件保持裝置2保持固定關(guān)系的表面上。
[0063]在用于測量能軸向觸摸的表面的測量方法的第二變型方案中，其中，對置的、能軸向觸摸的、通過空氣彼此隔開的表面應(yīng)該從相反的方向來觸摸，至少在測量前所必需的校準以其他方式進行。因為在該距離值測量中僅可以觸知地觸摸兩個對置的能軸向觸摸的表面，所以長度標準件必需具有兩個參考面，其同樣僅通過空氣隔開地對置。
[0064]在長度標準件的實施方式中，像在圖7中示出的那樣，在尾座23上單側(cè)地安裝有U形型材7，其內(nèi)置的平行表面代表了參考面Rl和R2。通過兩個參考面Rl和R2的額外的光學測量，在光學測量單元3與機械測量單元4之間的偏移值0(僅在圖6中示出)可以針對兩個觸摸方向被確定
[0065]兩個參考面Rl和R2依次被觸知測量觸頭42觸摸并且所測定的測量值作為長度標準被存儲并且被用于標準化被觸知測量觸頭42觸摸的機器元件5的軸向的距離測量值。緊接其后可以最大精確度地實施距離測量。如果必需的話，標準化也可以在測量期間以任
意頻率重復。
[0066]長度標準件的另一實施形式在圖8中示出。這里與在圖7中所描述的U形型材7原理相同。在該情況下，長度標準件實施為旋轉(zhuǎn)體8，其與旋轉(zhuǎn)軸線6同中心地、在頭座21或尾座23上環(huán)繞地安裝。矩形槽的兩個平行對置的參考面Rl和R2在此形成長度標準。
[0067]另一種提高精確度的方式可以以如下方式達到，即，在參考面Rl與R2之間所測出的長度標準依賴于U形型材7或旋轉(zhuǎn)體8的被測定的溫度差來匹配。為此，U形型材7或旋轉(zhuǎn)體8的溫度借助溫度傳感器(未示出)被連續(xù)探測并且在參考面Rl與R2之間所測出的長度標準利用如下因子來修正，該因子考慮了相應(yīng)于溫度改變的熱膨脹系數(shù)。
[0068]附圖標記列表
[0069]
【權(quán)利要求】
1.一種用于測量能旋轉(zhuǎn)的機器元件的形狀特征、位置特征和規(guī)格特征的設(shè)備，其包含 -機械穩(wěn)定的機架，所述機架具有沿著所述機架布置的線性引導裝置和與此平行布置的線性引導系統(tǒng)， -工件保持裝置(2)，用于所述機器元件(5)繞著所述機器元件(5)的旋轉(zhuǎn)軸線(6)的能轉(zhuǎn)動的容納，其中，所述工件保持裝置(2)具有至少一個容納在所述線性引導裝置中的夾緊機構(gòu)，繞所述夾緊機構(gòu)，所述機器元件(5)能繞著所述旋轉(zhuǎn)軸線(6)轉(zhuǎn)動， -具有照明模塊(31)和照相機模塊(33)的光學測量單元(3)，所述光學測量單元(3)能運動地布置在線性引導系統(tǒng)(12)上并且利用所述光學測量單元(3)，能從能轉(zhuǎn)動地布置在照明模塊(31)與對置的照相機模塊(33)之間的機器元件(5)拍攝所述機器元件(5)的二維陰影圖像， 其特征在于， -所述光學測量單元(3)具有額外的機械測量單元(4)，所述機械測量單元帶有用于在軸向方向上測量所述機器元件(5)的觸知測量觸頭(42)，其中， -所述機械測量單元(4)固定在所述光學測量單元(3)上并且具有用于使所述觸知測量觸頭(42)在相對于所述機器元件(5)的旋轉(zhuǎn)軸線(6)的正交平面中內(nèi)轉(zhuǎn)的樞轉(zhuǎn)裝置(41)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述觸知測量觸頭(42)具有一維的、在平行于所述機器元件(5)的旋轉(zhuǎn)軸線￠)的兩個方向上進行測量的、具有觸摸臂(422)和至少一個觸摸元件(423)的測量值記錄儀(421)，其中，所述測量臂(422)的長度使得在內(nèi)轉(zhuǎn)所述觸知測量觸頭(42)時所述至少一個觸摸元件(423)畫出至少橫穿所述機器元件(5)的旋轉(zhuǎn)軸線(6)的圓 弧。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述觸知測量觸頭(42)具有如下觸摸臂(422)，該觸摸臂具有在與所述機器元件(5)的旋轉(zhuǎn)軸線(6)平行的方向上間隔開的兩個觸摸球(423)，從而能測量被周圍材料遮蓋的表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述樞轉(zhuǎn)裝置(41)為了定位所述觸知測量觸頭(42)的所述至少一個觸摸球(423)能在關(guān)于所述旋轉(zhuǎn)軸線￠)的半徑中無級地調(diào)難iF.0
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的設(shè)備，其特征在于，所述觸知測量觸頭(42)能通過所述光學測量單元(3)沿著所述線性引導系統(tǒng)(12)的運動定位在所述機器元件(5)的每個軸向位置中并且能實現(xiàn)對能軸向觸摸的表面的觸摸運動。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的設(shè)備，其特征在于，用于在所述旋轉(zhuǎn)軸線(6)的軸向方向上校準所述觸知測量觸頭(42)的校準體(7、8)具有至少兩個與所述旋轉(zhuǎn)軸線(6)正交的且彼此軸向?qū)χ玫膮⒖济?Rl、R2)，并且附著在所述工件保持裝置(2)上，其中，所述校準體的參考面(R1、R2)中各有至少一個參考面能通過所述光學測量單元(3)以及通過所述機械測量單元(4)來檢測。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于，所述校準體是U形型材(7)，其具有兩個平行的內(nèi)表面，所述內(nèi)表面作為參考面(R1、R2)與所述旋轉(zhuǎn)軸線(6)正交地布置。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于，所述校準體是與所述旋轉(zhuǎn)軸線(6)同中心布置的、具有環(huán)繞的矩形槽的旋轉(zhuǎn)體(8)，其中，所述矩形槽的彼此平行對置的內(nèi)表面是與所述旋轉(zhuǎn)軸線(6)正交地布置的參考面(R1、R2)，其中，所述旋轉(zhuǎn)體(8)在夾緊機構(gòu)上同中心地固定。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8之一所述的設(shè)備，其特征在于，所述校準體(7、8)的溫度借助溫度傳感器來探測并且在所述參考表面Rl與R2之間測出的長度標準在考慮到所述校準體(7,8)的溫度依賴性的情況下、在考慮到其熱膨脹系數(shù)的情況下被修正至基準溫度。
10.一種用于測量能旋轉(zhuǎn)的機器元件的形狀特征、位置特征和規(guī)格特征的方法，其具有以下步驟: a)將機器元件(5)夾在工件保持裝置(2)的至少一個能轉(zhuǎn)動的夾緊機構(gòu)中，用于所述機器元件(5)繞著旋轉(zhuǎn)軸線￠)的轉(zhuǎn)動； b)在所述機器元件(5)繞著所述旋轉(zhuǎn)軸線(6)旋轉(zhuǎn)的情況下通過在光學測量單元(3)的與所述旋轉(zhuǎn)軸線(6)正交取向的光路中探測陰影圖像來光學測量所述機器元件(5)的區(qū)段，用于從所述陰影圖像中測定能軸向觸摸的表面的位置并且測定形狀特征、位置特征和規(guī)格特征； c)使所述光學測量單元(3)運動到所述機器元件(5)的能軸向觸摸的表面的、被所述光學測量單元(3)測定的位置，用于與所述能軸向觸摸的表面的被光學測定的位置對應(yīng)地定位具有觸知測量觸頭 (42)的機械測量單元(4)； d)通過如下方式來觸知測量所述機器元件(5)的彼此軸向?qū)χ玫谋砻娴妮S向距離值(M)，即，使聯(lián)接到所述光學測量單元(3)上的觸知測量觸頭(42)在分別與待觸摸的表面對置的正交平面中內(nèi)轉(zhuǎn)，并且利用所述觸知測量觸頭(42)來觸摸所述表面。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，對彼此軸向?qū)χ玫那彝ㄟ^空氣彼此分開的表面的觸知測量以如下方式進行，即，利用所述觸知測量觸頭(42)來交替地觸摸彼此軸向?qū)χ玫谋砻娴摹⒕哂须x所述旋轉(zhuǎn)軸線(6)相同徑向距離且針對每個選出的徑向距離呈現(xiàn)一個長度測量值的點，其中，所述觸知測量觸頭(42)事先在具有彼此平行對置的、與所述旋轉(zhuǎn)軸線(6)正交取向的兩個參考面(R)的經(jīng)校準的長度標準件(X)上被校準。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，對彼此軸向?qū)χ玫谋砻娴挠|知測量以如下方式進行，即，其中一個表面的軸向位置被所述光學測量單元(3)探測而另一表面的軸向位置被所述觸知測量觸頭(42)探測，其中，所述光學測量單元(3)和所述機械測量單元(4)事先以如下方式相互校準，即，在參考面(R)上確定在所述光學測量單元(3)的測量位置與所述機械測量單元(4)的測量位置之間的偏移值(O)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，在一個或多個與所述旋轉(zhuǎn)軸線(6)同中心的軌跡中所述觸知測量觸頭(42)的測量值被記錄并且用于計算形狀特征，其中，所述機器元件(5)繞著所述旋轉(zhuǎn)軸線(6)轉(zhuǎn)動。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述經(jīng)校準的長度標準件(7)至少在光學測量開始前用于至少一個校準步驟。
【文檔編號】G01B11/24GK103453848SQ201310167354
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年5月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月8日
【發(fā)明者】恩斯特·諾伊曼, 米夏埃爾·舒伯特 申請人:業(yè)納工業(yè)測量德國有限公司