CN101947750A - 用于测定工件形状的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量工件形状的方法，其中，按照本发明的方法借助一个测量头检测表示工件形状的测量值。根据这些测量值，以一种迭代方法测定工件形状。

Description

用于测定工件形状的方法

技术领域

本发明涉及一种用于测定工件形状的方法。

背景技术

特别在一台磨床上加工曲轴的连杆轴颈时，在加工过程期间需要连续测量是否达到所期望的尺寸，由此可以结束加工过程，或者为达到所期望的尺寸，是否需要继续加工过程。在此，在一种加工过程中的测量方法范围内，例如使用一个测量棱柱体，其侧边或切削刃经由一种适当的机械构造与待测量的连杆轴颈保持接触。经由一个设置在测量棱柱体上的可线性偏转的测量头接收表示连杆轴颈形状的测量值。这些测量值的接收以已知方法实施，而连杆轴颈则绕一条旋转轴线进行轨道转动，该旋转轴线平行于轴颈轴线和所使用的砂轮的旋转轴线。由于连杆轴颈轨道转动，在其轨道转动期间，测量棱柱体连同测量头一起与连杆轴颈保持接合，测量棱柱体继而测量头进行相对于连杆轴颈的旋转运动。在连杆轴颈转动完整一转360°期间如果接收一定数量的测量值，那么由于连杆轴颈相对于测量头的相对运动，这些测量值沿连杆轴颈的周围没有分配给等距点。

为避免根据测量值测定的工件形状由此造成的扭曲，在评估时需要考虑测量头相对于连杆轴颈的相对旋转运动。

由EP 1 263 547B1已知一种用于测定工件形状的方法，在该方法中，按以先前提及的方式和方法借助一个测量头接收并存储表示工件形状的测量值，其中按照EP 1 263 547B1所描述的方法，工件是一个曲轴的连杆轴颈。在已知的方法中，检测测量头相对于连杆轴颈的相对转动，并对借助测量头接收的测量值进行预处理，以补偿相对转动。为了由借助包括测量棱柱体和测量头的测量装置检测的测量值计算出工件形状，由EP 1 263 547B1还有US 5 077 908和EP 0 068 082A2以及文献“用于确定活塞销上圆度的自动化三点测量”(研究工作报告，

Seewig，汉诺威大学，专业范围，电子技术，1992年12月)已知对预处理的测量值进行傅里叶分析(和谐分析)。

发明内容

本发明的任务在于，提供一种替代上述方法的用于测定工件形状的方法。

该任务通过权利要求1中所述的发明解决。

关于借助一个包括一个测量棱柱体和一个测量头的测量装置测定轴颈的特别是曲轴连杆轴颈的形状，本发明由这样的构思解决，即在应用傅里叶分析(和谐分析)情况下，由测量值测定工件形状。而本发明的构思更在于，借助一种迭代法，由测量值测定工件形状。

按照本发明，测定工件形状也理解为测定形状偏差。关于曲轴的连杆轴颈，可以考虑把按照本发明方法例如用于测量或测定连杆轴颈和/或其直径的圆度偏差。

若在磨削过程期间要借助按照本发明的方法例如测定曲轴的一个连杆轴颈的形状，也就是以一种加工过程中的测量方法，那么首先借助一个测量头检测表示工件形状的取决于连杆轴颈角位的测量值。这里按照本发明至少使用一个测量头。然而，按照本发明也可使用一个以上的测量头。

紧接着，在按照本发明的迭代法范围内，确定表示工件形状的近似值。紧接着，由近似值计算出模型化测量值，同时考虑测量装置特别是测量棱柱体的几何形状和其角位。然后，将借助测量头检测的测量值与模型化测量值进行比较，并且计算出差值。然后，由这些差值计算出新的近似值，以便最佳化近似。

只要重复先前描述的步骤直到达到中断条件为止。例如且特别是该中断条件可能是在特别是差值的标准偏差和一个极限值之间的预先规定的最大差额。

这些在达到中断条件时有效的近似值在按照本发明方法的范围内最后作为工件形状被存储起来，在一个具有理想圆形横断面的连杆轴颈情况下，优选地在极坐标中。

因此，按照本发明的方法能够根据借助测量头检测的测量值重复地测定工件形状，其中既不需要为修正测量头相对于工件的相对转动而对测量值进行预处理，也不需要进行傅里叶分析。

按照本发明方法的一个特别的优点在于，可以快速地实施并且可以高精度和高再现性地测定工件形状。根据相应的应用情况，通过适当选择中断条件，可在很大范围内选择精度。

原则上，按照本发明的方法可以用于在加工过程之外测量工件形状。然而，特别好的是，按照本发明的方法适于用作加工过程中的测量方法。此外，本发明的一种有利的进一步构成设定，在加工过程期间，特别是在磨削过程期间，测定工件形状。

原则上，按照本发明的方法适于测定任意工件的形状或形状偏差。本发明的特别有利的进一步构成设定，测定一个轴颈的特别一个曲轴的连杆轴颈的形状，其中，该轴颈在测量过程期间可绕一条与颈轴线平行的旋转轴线进行轨道转动，如一种不同的进一步构成设定的那样。

特别是在要测定一个轴颈的特别是一个连杆轴颈的形状时，有利的是，使用一个测量棱柱体，在该测量棱柱体上设置所述测量头。按照本发明，一个测量棱柱体理解为一个装置，它沿一个轴颈的圆周贴靠在两个位置上，其中，测量头以远离测量棱柱体贴靠该轴颈的各位置的方式接触该轴颈。特别是测量棱柱体的横断面可构成为V形的或至少区段地构成为V形的。

在使用一个测量棱柱体时，有利的是，使用一个可线性偏转的测量头，如本发明的一种不同的进一步构成设定的那样。按照本发明，使用一个唯一的测量头就足够了。然而，按照本发明，亦可使用两个或多个测量头。

在测定一个轴颈的形状时，合乎目的的是，在按照本发明方法的步骤a)中，检测取决于轴颈角位的测量值，如本发明的一种不同的有利的进一步构成设定的那样。

为了可以特别简单易行地同时又特别精确地实施按照本发明的方法，一种不同的有利的进一步构成设定，步骤d)包括下列分步骤：

d1)由差值计算出修正值；

d2)根据修正值修正近似值。

在上述实施形式中，根据修正值可以以任意的适当的方式修正近似值。为使待实施的计算操作特别简便和快速，就此，一种有利的进一步构成设定，在步骤d2)中，将修正值加到近似值上。

为改善或确保按照本发明方法的相互一致性，本发明的一种不同的进一步构成设定，在将修正值加到近似值上时，考虑一个衰减因数。

按照本发明，根据相应的应用情况，特别是根据期望的精度，可在很大范围内选择中断条件。就此，本发明的一种有利的进一步构成设定，在步骤f)中，考虑将一个用于至少一个差值的极限值作为中断条件。为了避免在测量值情况不良时按照本发明的方法中断，在达到期望的精度之前，上述实施形式的一种有利的进一步构成设定，将差值的标准偏差与一个极限值进行比较。

附图说明

下面借助附图就一个实施例更详细地说明本发明。在此所有被描述的、图中所示的和在专利权利要求中所要求保护的特征本身以及以任意相互的组合都构成本发明的主题，而不取决于其在专利权利要求中的概述和其引用关系以及不取决于其文字描述或在图中所示的描述：

其中：

图1测量装置的示意侧视图，用于实施按照本发明的测量方法的一个实施例；

图2用于表示按照本发明的方法的基本流程的简图；和

图3测量装置的一幅放大视图，包括一个测量棱柱体和一个测量头，与待加工的工件相组合。

具体实施方式

在图1中强烈示意地和示例性地示出了用于实施按照本发明方法的设备2的一个实施例。在借助一个在图1中仅示意示出的磨床8的砂轮6进行加工期间，设备2用于加工过程中测量连杆轴颈4的形状或轮廓。设备2具有一个测量装置10，该测量装置在本实施例中具有一个测量棱柱体12。测量棱柱体12具有两个侧边14、16，这些侧边在测量过程期间与连杆轴颈4处于接合状态，而该连杆轴颈则进行一种轨道转动。为了使测量棱柱体12在连杆轴颈4的轨道转动期间与该连杆轴颈保持接合，设备2具有一个在图1中仅示意表示的传动杆18。测量装置10还具有一个测量头20，它在本实施例中涉及一种可以线性偏转的测量头。

如在加工连杆轴颈4期间借助测量装置10接收测量值那样的方式和方法例如通过WO-A-9712724和EP-A-1263547对本领域技术人员一般是已知的，因此这里不再详细说明。

图2示意简化说明了按照本发明方法的一个实施例的流程。

在测量或测定一个在本实施例中通过一个曲轴的连杆轴颈形成的工件的轮廓时，在相应的角位α，借助测量棱柱体产生一个数组R[n]。各点的分布随着在数组中的下标n通过测量棱柱体相对于角α的坐标原点的相对回转运动

而偏移。这种偏移通过测量设备的机械构造给出并且可以描述为角α的函数。因此，在角α和下标n之间的关系通过函数F来考虑。

由一个数组P[α]数学计算出一个数组M[n]。在此应用相同的传输函数F，如在通过测量接收原始数据R[n]时那样。通过连续迭代改变数组P[α]，直至数组M[n]中的图形与数组R[n]尽可能相同为止。在此数组D[n]形成一个在当前数组M[n]与R[n]中的原始数据之间的一个差数组。

数组K[n]通过一个根据相应要求所选择的修正策略由差数组K[n]产生。该图形如此最佳化，以至一方面达到快速相互一致，而另一方面到达闭合的调节环路的一种稳定状态。在每个迭代步骤中，总是将修正数组K[n]加到数组P[α]上。在足够多的迭代步骤之后，数组P[α]与工件的极坐标在足够程度上一致，以便能够判断工件的形状或轮廓。

下面对按照本发明方法的一个实施例进行更详细地说明，其中使用下列名词术语：

β棱柱体的顶角

γ₁，γ₂在棱柱体侧边上的接触点关于通过测量传感器的测量值探测地点的角

α工件的角位

R_(α)测量的工件的极坐标

ρ在棱柱体顶点的测量传感器的测量头偏转

棱柱体的角位

ρ′_(α)在转动一转期间在棱柱体顶点的测量头的测量值变化(“测量头原始值”)

在工件转动一转期间棱柱体的角位的变化，例如±10°

r_(α)用于测量的工件形状的极坐标的近似值

ρ_(α)用于测量值变化的模型计算

δ_(α)在ρ_(α)和ρ′_(α)之间的差值

ε_(α)修正值

k₁衰减系数

图3示出与连杆轴颈4结合的测量装置10的放大图，其中，为清楚起见，以上涉及的参数中的几个已记录到图中。

在测量连杆轴颈的形状或轮廓时，按照本发明的方法的有关实施例详细实施如下：

在按照本发明的方法的步骤a)中，在连杆轴颈转动一转或多转期间，检测在棱柱体顶点的测量头的测量值的变化(测量头原始值ρ_(α))和角位的变化。作为备选方案，也可用几何手段由测量装置的几何形状计算出角位

在按照本发明的方法的步骤b)中，确定极坐标中表示工件形状的近似值，例如通过预先规定一个圆度：

r_(α)＝0

紧接着，在按照本发明的方法的步骤c)中，借助近似值计算出各模型化测量值。在此可以根据相应的要求采用不同复杂程度的模型。在本实施例中，使用一个在角Y₁和Y₂中间具有测量装置与连杆轴颈三点接触的模型：

紧接着，在按照本发明的方法的步骤b)中，将借助测量头检测的测量值与模型化测量值进行比较并且计算出差值：

δ_(α)＝ρ_(α)-ρ′_(α)

在所示实施例中，步骤d)包括一个分步骤d1)和一个分步骤d2)，在分步骤d1)中，由差值计算出修正值，在分步骤d2)中，根据修正值修正近似值。在由差值计算出修正值时，例如可以对于每个角位都根据下列公式考虑在三点上用于计算的差值：

在所示实施例中，根据修正值这样修正近似值，即将修正值加到各现有近似值上，其中根据下列公式考虑一个衰减因数，以便获得新的近似值：

${r^{\′}}_{\left(\mathrm{\α}\right)}=r_{\left(\mathrm{\α}\right)}+\frac{1}{k_1}\·{\∈}_{\left(\mathrm{\α}\right)}$

按照本发明重复先前描述的步骤c)至e)直到达到中断条件为止。这里的中断条件例如通过将差值的标准偏差与极限值比较来确定。如果尚未达到期望的精度，那么在步骤e)中得到的新的近似值则构成为从按照本发明的方法的步骤c)开始用于重新迭代的基础。

如果达到期望的精度，那么在步骤e)得到的新近似值则构成为用于工件形状的被寻找的极坐标：

R_(α)≈r′_(α)

按照本发明的方法可以快速而精确地测定一个工件的形状或轮廓，同时考虑借助一个测量头检测的测量值。

Claims (12)

1.用于测定工件形状的方法，具有下列步骤：

a)借助一个测量头检测并存储表示工件形状的测量值；

b)确定表示工件形状的近似值；

c)根据近似值计算出模型化测量值；

d)将借助测量头检测的测量值与模型化测量值进行比较，并且计算出差值；

e)由这些差值计算出新的近似值，以便最佳化地接近工件形状；

f)重复步骤c)至e)直到达到中断条件为止；

g)将这些在达到中断条件时有效的近似值作为工件形状被存储起来。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在加工过程期间，特别是在磨削过程期间，测定工件形状。

3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，测定一个轴颈的特别是一个曲轴的连杆轴颈的形状。

4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，该轴颈在测量过程期间绕一条与轴颈轴线平行的旋转轴线进行轨道转动。

5.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，使用一个测量棱柱体，在该测量棱柱体上设置所述测量头。

6.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，使用一个可线性偏转的测量头。

7.按照权利要求3至6之一所述的方法，其特征在于，在步骤a)中，检测取决于轴颈的角位的测量值。

8.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，步骤d)包括下列分步骤：

d1)由差值计算出修正值；

d2)根据修正值修正近似值。

9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，在步骤d2)中，将修正值加到近似值上。

10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，在将修正值加到近似值上时，考虑一个衰减因数。

11.按照上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在步骤f)中，考虑将一个用于至少一个差值的极限值作为中断条件。

12.按照权利要求11所述的方法，其特征在于，将差值的标准偏差与一个极限值进行比较。

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