CN109387150A - 包括光学传感器的坐标测量装置和相应方法 - Google Patents

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Abstract

坐标测量装置(10)包括至少一个受控轴线(A1，XI，Y1，Z1)并包括用于待测量齿轮部件(11)的容座(13，14)，容座能围绕用作旋转轴线(A1)的轴线中的一个旋转驱动，装置包括角度传感器(16)并包括测量组件(17)。坐标测量装置(10)设计成借助至少一个受控轴线(A1，XI，Y1，Z1)执行测量组件(17)相对于齿轮部件(11)的运动。测量组件(17)包括光学无接触操作传感器(20)，其作为测量传感器并布置在测量组件(17)上，使得其能沿齿轮部件(11)的方向发射光束(LS)。角度传感器(16)设计成根据容座(13，14)相对旋转轴线(A1)的旋转位置提供旋转角度特征信号(sA1)，测量传感器能通过旋转角度特征信号(sA1)在激活状态下操作。

Description

包括光学传感器的坐标测量装置和相应方法
技术领域
本发明涉及一种包括光学传感器的坐标测量装置、以及用于光学测量齿轮部件的相应方法。
背景技术
在许多技术领域中，部件的精确测量具有重要意义。
例如，存在各种用于触觉获取表面情况和轮廓的测量装置。在机械扫描的情况下，通常在待测表面上引导扫描尖部。结果是形成通过扫描行程记录的信号，其允许关于表面轮廓的表述。
需要在生产过程的范围内尽可能快速和准确地实施这种测量，其中，所提及的机械扫描非常准确，但令人不满意地是其速度很慢。因此，在大多数情况下，机械测量不适合集成到生产序列中。因此，目前使用机械扫描测量方法，以例如通过示例的方式检查来自批量生产的各个部件，以随后能够在存在偏差的情况下以正确的方式参与运行的生产过程。
初看，光学测量可以代表机械测量的替代方案。在此使用光学测量传感器是理想的。然而，已经表明的是，光学测量传感器由于各种原因仅对齿轮齿测量的要求有限适用。在齿轮齿测量的情况下采用的特殊要求或标准如下：
·不利的扫描角度；
·例如齿面的有光泽的表面；
·相邻齿遮蔽；
·对测量精度的要求很高(介于0.1μm﹣0.5μm的范围内)；
·污染问题(例如，由于油)；
·与要测量的部件的齿碰撞时损坏传感器的风险；以及
·干扰折射或反射效应，例如，由于窄齿隙中的多次反射。
已知光学操作的干涉测量传感器非常精确并且具有非常高的分辨率。但是，对于这种传感器类型，与表面相距的距离必须很小并且接收角必须非常小。这意味着为了能够使用这些传感器，传感器端必须插入齿隙中。然而，如果传感器位于齿隙之外，则有利于快速测量。而且，这种干涉测量传感器非常昂贵。
根据激光三角测量传感器的原理工作的传感器具有高测量频率和大的接收角。传感器可以覆盖不同的测量范围、工作距离和分辨率。因此可以实现快速测量所需的齿隙外部的传感器布置。然而，遗憾的是，如果测量范围很小(2mm﹣5mm)并且测量距离很小(10mm﹣50mm)，则激光三角测量传感器仅对齿轮齿测量足够精确。
共焦彩色光学传感器具有高分辨率，但是如果希望满足上述条件，则需要大数值孔径。由此产生宽光锥。如果希望避免相邻齿上的光锥阴影，则会在齿轮齿测量期间产生不利的陡峭扫描角。然而，传感器没有接收到具有陡峭扫描角的可用反射光信号。
例如，在齿轮部件的生产范围内，需要能够执行齿轮齿快速测量，理想地是为了能够在生产期间或之后立即检查每个单独的齿轮部件。
发明内容
本发明的目的是提供一种装置和对应的方法，其能够对齿轮部件进行快速和精确的测量。
特别地，通过本发明的装置和方法可以更快地执行测量任务，该测量任务测量时间长并且在齿轮齿上非常频繁地进行。
一种这样的测量任务是例如分度测量，在分度测量中确定从齿面到齿面的距离。
通过根据权利要求1的坐标测量装置和根据权利要求12的方法来实现该目的。
根据本发明的坐标测量装置包括至少一个(NC(微电脑))受控轴线、用于待测量的齿轮部件的可旋转驱动的容座以及测量组件，其中，坐标测量装置被设计用于执行测量组件相对于齿轮部件的相对运动(进给运动和/或测量运动)。根据本发明的坐标测量装置还包括角度传感器并且其特征在于，
﹣测量组件包括光学无接触操作传感器，该传感器设计成作为测量传感器并且布置在测量组件上，使得当该齿轮部件位于容座中时，该传感器能够在齿轮部件的物面的方向上沿着光学轴线发射光束；
﹣角度传感器设计成用于提供旋转角度特征信号，所述旋转角度特征信号作为容座围绕用作旋转轴线的轴线旋转的旋转位置的函数；和
﹣测量传感器可通过旋转角度特征信号切换成激活状态。
相对进给运动可以是所有实施例中的运动，所述实施例需要所述相对进给运动，以例如
﹣通过围绕用作旋转轴线的受控轴线旋转驱动容座，将齿轮部件旋转到适当起始角位置(例如，通过A1轴线的旋转运动)；
﹣分别设定齿轮部件或齿轮部件的物面与测量传感器之间的相对距离(例如，通过Y1轴线的线性运动)；
﹣将齿轮部件相对于测量传感器移动到适当的竖直位置(例如，通过Z1轴线的线性运动)。
﹣将齿轮部件相对于测量传感器移动到适当的水平位置(例如，通过XI轴线的线性运动)。
在所有实施例中，也可以执行作为示例提到的两个或两个以上的进给运动，以将测量传感器移动到相对于待测量的齿轮部件的物面的起始位置。
取决于测量方法，也可选地在实施例中执行测量运动，所述实施例需要所述测量运动，以例如：
﹣在使用测量传感器时，相对于测量传感器旋转齿轮部件(例如，通过绕A1轴线的旋转运动)；
﹣在使用测量传感器时，相对于测量传感器移动齿轮部件。
在所有实施例中，也可以执行作为示例提到的两个或两个以上的测量运动。
本发明的装置优选地装备有至少一个(NC)受控轴线，其中，所述(NC)受控轴线可以是例如用于相对于测量传感器旋转驱动齿轮部件的旋转轴线。
本发明基于使用至少一个光学测量传感器，该光学测量传感器能够由旋转角度特征信号触发而通过该传感器或下游电路实现高精度和快速距离确定，如果齿轮部件到达相对于测量传感器的预定角位置，则该传感器在每种情况中仅提供测量信号。
优选地，在实施例的至少一部分中，优选地根据齿轮部件的角位置接通和断开测量传感器。在接通状态下，测量传感器激活，即，在这种状态下，所述测量传感器获取从齿轮部件的待测量的物面反射的光信号，即，测量传感器用作以扫描方式操作的光学测量传感器。
测量传感器优选地设计或装配在实施例的至少一部分中，使得当物面位于适当的测量距离处时测量传感器提供的测量信号与测量传感器和物面之间的当前距离成比例。
测量传感器可以设计或装配在实施例的至少一部分中，使得通过旋转角度特征信号直接或间接地激活测量传感器，以在激活状态中沿着物面方向发射光束，以及接收该光束的反射分量，以提供测量信号。
然而，测量传感器也可以设计或装配在实施例的至少一部分中，使得通过旋转角度特征信号直接或间接地激活测量传感器，以在激活状态中接收光束的反射分量，以供应测量信号。在这种情况下，测量传感器永久地发射光束，而光束的反射分量的接收和/或处理仅在测量传感器的激活状态下发生。在这种情况下，准永久地发射光束，而同时接通和关闭接收和/或处理。
在实施例的至少一部分中，测量传感器的标称距离例如可以介于5mm至50mm的范围内。
在实施例的至少一部分中，测量传感器的测量范围可以例如介于±0.3mm的范围内。
本发明的坐标测量装置能够高精度地定位至少旋转轴线(其中该轴线或坐标测量装置的多个轴线可以被NC控制)。
在光学测量传感器被激活的瞬间，光学测量传感器获取反射光以立即提供测量信号或者处理延迟，
在所有实施例中，可选地，可以根据测量信号定量地确定测量传感器和物面之间的当前距离和/或物面的当前角位置。
在所有实施例中，可选地，可以根据测量信号定性地确定测量传感器和物面之间的当前距离和/或物面的当前角位置。
本发明的实施例是优选的，其中测量方法有利地仅包括与齿轮部件的一个或多个完整旋转配对的较少数量的相对进给和/或测量运动。这些实施例利用了以扫描方式操作的光学测量传感器的高速。
本发明的实施例尤为优选，其中测量方法基于被旋转驱动的齿轮部件，而光学测量传感器仅在特定角位置或范围内执行测量。
测量传感器优选地不必在每种情况下均通过相对进给运动测量点到测量点移动到适当标称距离，而是在整个测量过程期间保持标称距离。
迄今为止，齿轮部件上的触觉分度测量在每个齿面上均持续几秒钟，对于整个齿轮部件而言，可以产生测量几分钟的测量时间。例如，使用本发明的坐标测量装置可以在显著少于一分钟的几秒钟内在同一齿轮部件的所有齿面上进行分度测量，该坐标测量装置配备有光学测量传感器和硬件和/或软件形式的控制系统。
根据本发明的用于齿轮齿测量的方法没有利用通过移动传感器来改变传感器与表面相距的距离，而是通过齿轮的连续旋转和传感器相对于齿轮表面的巧妙布置来实现。因此，根据本发明，在连续旋转期间利用齿轮的特殊属性，即，齿面周期性地重复接近传感器的光束。当齿轮部件到达特定角位置时，传感器始终被触发。
本发明基于适当的整体系统排列(constellation)，其中齿轮表面和传感器之间的相对距离周期性地改变。在到达特定角位置时，在每种情况下产生触发信号，并且记录瞬时距离值(例如以模拟测量信号和/或数字测量值的形式)，以进行进一步处理。因此当实际执行本发明的测量方法时，该方法不是基于传感器的线性位移而是基于齿轮部件的连续旋转运动，
本发明的方法特别适用于分度测量，其中执行齿轮部件的快速连续旋转运动，同时传感器相对于齿轮部件的旋转轴线停滞(idle)(至少有时)。因此启用快速测量值记录。
根据本发明的用于分度测量的方法的一个优点是可以使用具有小测量范围的传感器。如果测量范围略微大于齿面位置偏离预期位置的预期偏差，这就足够了。传感器还仅仅必须在这个小测量范围内提供精确的测量值。这可以使用各种传感器。
根据本发明的方法的另一个优点是，它能够在齿根圆和齿顶圆之间的大致中间处进行测量(例如，直接在齿节圆上)。因此可以基本上避免由于相邻齿导致的阴影，并且也不会发生干涉反射。
根据本发明的方法的另一个优点是可以使用仅具有小测量范围并且在该范围内具有高精度的传感器。
实施例的一部分的另一个优点是用于分度测量的测量位置位于齿面的中间(从齿根到齿头)并且因此不会产生过于平坦的扫描角度。
实施例的一部分的另一个优点是扫描条件总是相同的，因此不会产生变化的信号。
实施例的一部分的另一个优点是传感器仅需要在触发脉冲的时刻提供测量信号。因此，确保高连续扫描频率的传感器不是绝对必要的。
根据本发明的装置和本发明的方法能够进行快速的齿轮齿测量，这是因为甚至不需要传感器的跟踪或者将传感器插入齿隙中，并且可以进行连续的快速旋转。
可以从从属权利要求中推断出根据本发明的坐标测量装置和方法的有利实施例。
可以结合齿轮上的一维、二维和三维表面测量使用本发明。
附图说明
图1示出了根据本发明装配有光学测量传感器的坐标测量装置的透视图；
图2示出了本发明的坐标测量装置的放大透视图，其包括光学测量传感器；
图3示出了根据本发明装配有光学测量传感器的其它坐标测量装置的透视图；
图4示出了示意图，其用于解释本发明的基本原理，其中，在最上方线中，示出了n个齿，在位于W度角度的下方的线中，在该线下方为齿轮部件的齿轮廓形(在此示出为齿条)，在该线下方为旋转角度特征信号sA1，在从底部开始的第二条线中为测量信号，并且在最下方的线中为分度误差τ；
图5A示出了第一快照中的本发明的其它实施例的示意图；
图5B示出了第二快照中的图5A的实施例的示意图；
图6示出了本发明的其它实施例的示意图。
具体实施方式
在相关公报和专利中使用的术语与本说明书结合使用。然而，应注意，这些术语的使用仅仅是为了更好地理解。本发明的概念和专利权利要求的保护范围不受限于通过具体选择术语所做出的解释。本发明可以容易地转移到其他术语系统和/或技术领域。这些术语将在其他技术领域中相应应用。
图1示出的本发明的第一实施例涉及一种自动的NC控制的齿轮齿测量中心10，其在这里通常称为坐标测量装置10。坐标测量装置10原则上适用于检查正齿轮齿以及刀轮和剃齿刀轮、蜗杆和蜗轮、齿轮滚刀、锥齿轮以及旋转对称工件上的总体尺寸、形状和位置偏差、用于曲线和凸轮轴测量或者也用于转子测量，上述仅列出一些可能的用途。
然而，在本发明的范围内，这涉及齿轮部件11(例如正齿轮、锥齿轮、花键、滑动齿轮、离合器元件、转子等)的快速且可靠的测量。
在所有实施例中使用光学传感器20，其用作测量传感器。以下两种方法有所不同，可以根据需要在所有实施例的范围内使用所述两种方法。光学传感器20短暂地转变成主动测量状态以执行光学测量，或者光学传感器20在较长时间段内是激活的，并且光学传感器20的输出信号的分析和/或处理被短暂激活。这在两种情况下都通过旋转角度特征传感器sA1进行，该传感器sA1直接或间接地施加到光学传感器20或下游电路。
光学传感器20的激活和输出信号的分析或处理在此概括地称为激活状态。
在所示的示例中，坐标测量装置10包括可通过NC控制器12和可选的同步旋转定心装置14驱动的(转动)工作台13。(转动)工作台13和同步定心装置14布置成使得：待测量的部件11能够同轴地夹在(转动)工作台13和定心装置14之间，如基于图1中的正齿轮11所示。在此，图2和图3中仅示意性地示出正齿轮11的齿。
在所示的示例中，正齿轮11具有轴11.1，该轴11.1向上和向下延伸。NC控制器12连接到坐标测量装置10的各个轴线的驱动单元或电动机。这些细节在图1中不可见，这是因为这些元件位于面板后方。
驱动器(未示出)优选地与(转动)工作台13互锁，该驱动器通过由NC控制器12控制的旋转驱动器可绕第一旋转轴线A1旋转。可选的定心装置14可以例如就位在臂14.1上，所述臂14.1可以竖直移动，如双箭头14.2所示。共转定心装置14安装在臂14.1内，使得它可以围绕与旋转轴线A1重合的竖直轴线旋转，并且它在齿轮部件11夹紧过程中可以抵抗恢复力向上移动。
本发明的坐标测量装置10不一定必须配备有共转定心装置14或计数器保持件。图1中示出了没有定心装置的本发明的坐标测量装置10的示例。还可以根据需要以不同方式实施(转动)工作台13的结构和齿轮部件11在(转动)工作台13上的紧固。
图2和图3中示出了本发明的其他实施例。图1的描述也将转移到图2和3。
在根据本发明的坐标测量装置10中，角度测量系统16(角度编码器或角度传感器)优选地与转动工作台13相联，所述角度测量系统16提供信号sA1，所述信号sA1允许关于驱动器的驱动侧角位置或(转动)工作台13的准确陈述。角度测量系统16例如可以布置在工作台13下方，因此在图1中不可见。这种角度测量系统16在图2中的右边缘处用具有黑色指针16.1的角度刻度示意性示出，该角度测量系统16提供信号sA1并将其传输到传感器20。这种角度测量系统16也在图3中示出。信号sA1在这里被称为旋转角度特征信号。
例如，在所有实施例中，该旋转角度特征信号sA1可以是简单的分度信号，该分度信号在具有n个齿的齿轮部件的情况下输出n个脉冲，其中脉冲与齿轮部件的预期角位置精确同步。
将结合图4描述本发明的这个方面，其中这是非常示意性的图示。该示例涉及具有总共6个齿的齿轮部件10，即齿数n＝6。在图4中，以展开的形式示出齿轮部件10。在该展开形式中，齿轮部件10类似于齿条15，该齿条15也具有n＝6个齿。相关角度W以齿条15的图示上方的度数表示。在图4的最上面的线中，齿从n＝1到n＝6连续编号。
由于已知齿轮部件10的齿的齿面的预期位置(例如，根据设计数据)，因此装置10的角度传感器16可以产生旋转角度特征信号sA1，如图4示例性地示出了位于齿条15的正下方。以示例方式示出的旋转角度特征信号Sa1仅仅包括短脉冲，所述每个短脉冲均限定用于分度测量的测量点。
测量传感器20(图4中未示出)由旋转角度特征信号sA1(此处绘制为角度W的函数)触发。然而，该测量传感器20相对于齿轮部件10布置成使得光束LS入射在每个右齿面上。处理从相应的右齿面反射回测量传感器20的反射光，并产生例如模拟测量信号Ms。因为所示的示例涉及预期齿轮部件的数学上精确限定的模型，因此齿轮部件10的所有齿面均精确地安置在预定位置。因此，在该理论情况下，测量传感器20针对每个齿面产生相同的测量信号Ms。在所示的示例中，测量信号Ms具有5V的幅度。
现在可以在所有实施例中例如通过硬件和/或软件分析测量信号Ms。在所示的情况下，5V的信号幅度对应于0°的分度误差τ。因此，在图4的最下面的线中示出了分度误差τ是0°，作为齿条15的每个右齿面的角度值。
下面将基于图5A和5B描述其他方面。在两个图中的每一个中仅示出了齿轮部件10的3个齿1.1、1.2和1.3。用作测量传感器的光学传感器20仅在此示意性地示出。光学传感器20在齿轮部件10的齿面方向上发射光锥LS。反射光分量和光学传感器20的检测器未单独示出。光学传感器20布置在距离位于齿节圆TK上的第一齿1.1的右齿面2.1的测量点的测量距离MA的位置处。
角度测量系统16(图5A和5B中未示出)提供旋转角度特征信号sA1。每当该旋转角度特征信号sA1激活例如传感器20时，传感器20以测量信号Ms的形式和/或以数字测量值Mw的形式提供与齿面相距的当前距离。为此目的，传感器20可以在实施例的至少一部分中具有输出装置21，如图5A、5B所示。可以从测量信号Ms或测量值Mw确定当前测量距离。
在图5A和5B中示出另一种解决方案。如已经提到的那样，传感器20可以直接或间接地切换到激活状态。在这种情况下，信号sA1例如被施加到传感器20，如图5A和5B所示。然而，也可以使用信号sA1影响位于传感器20下游的电路。在图5A和5B中，电路40用作下游电路，所述下游电路可通过信号sA1切换(该替代解决方案由虚线箭头示出，在图5A、5B中其写有sA1并指向块体40)。在这种情况下，输出信号或值Ms或Mw的分析或处理被识别为激活状态。
在所有实施例中，可以由执行转换或重新计算的硬件和/或软件(在此标识为分析装置40)来确定距离。分析装置40可以经由连接件22将距离(作为相对值或绝对值)传送到例如(缓冲)存储器18(也参见图2)。在所有实施例中，该值优选地与(缓冲)存储器18中的相应齿(在图5A中所示的示例中，齿n＝1)相关联。
由图5A中的弯曲箭头ωl表示齿轮部件10连续地旋转(围绕图1、2和3的旋转轴线A1)。
图5B示出了精确地在齿轮部件10进一步旋转了预期分度τ(齿轮部件10在此顺时针旋转)的时间点的下一个快照。即，图5B示出了旋转角度特征信号sA1的下一个脉冲再次激活传感器20的时刻。恰好在此时，旋转角度特征信号sA1到达传感器20，并且传感器20测量到与齿1.2的齿面2.2相距的当前距离。在图5B中示出了齿1.2的右齿面2.2的位置略微偏离预期位置。用虚线表示预期位置。一旦提供了旋转角度特征信号sAl，示出的所示示例中的传感器20便测量了一个距离：该距离略大于图5A中在齿1.1上测量的距离。这是因为当齿轮部件10顺时针旋转时，齿1.2的右齿面2.2略微落后。即，在图5B的说明性示例中，有效测量距离略大于测量距离MA。还可以指出，在该说明性示例中，齿隙3比预期宽度宽。
在图5B中可以看出，在分度测量期间(即，在所示的齿节圆TK上)可以非常好地扫描齿面上的位置。即使是传感器20的指示的“光锥”(共焦彩色传感器中常见)也没有阴影，并且扫描角度不会过度平坦。
为了返回图4的数字示例，对应的坐标测量装置10将在图5A的情况下识别出右齿面2.1正好处于预期位置。测量信号Ms恰好为5V(在该示例中，5V对应于相对于预期位置0°的偏差)。
在图5B的情况下，测量信号Ms例如是5.03V，这是因为与齿面2.2相距的距离略大于此处之前的距离。5.03V的电压可以对应于例如1'的角度偏差(一分的角度)。
这些数字示例仅用于解释，而不应理解为限制。
结合本发明，测量距离Ma定义光学传感器20和物面OE之间的理想距离。在大多数情况下，齿轮部件10的齿面在齿轮齿测量期间用作物面OE。在本发明的所有实施例中，物面OE也可以位于齿轮部件10的另一位置处。
在本发明的所有实施例中，测量距离Ma优选地在介于5mm和100mm之间。具有介于10mm至50mm范围内的测量距离Ma并且在该测量距离Ma处具有0.1μm精度的传感器20是尤为合适的。
在所有实施例中优选使用光学传感器20，光学传感器2的输出信号提供测量范围内的线性测量信号Ms。这种线性测量信号Ms可以特别简单地转换成扫描值和/或角度值(例如，通过使用分析装置40)。
在所有实施例中优选使用光学传感器20，光学传感器20将光束LS作为光点投射到物面OE上。然而，也可以在所有实施例中使用光学传感器20，其将线、表面(例如，平面条图案)或三维图案(例如，全息图)投影到物面OE上。
以下特别适合作为光学传感器20：
﹣以测量方式操作的激光三角测量传感器，激光三角测量传感器包括发射光束LS的激光器，并且包括PSD、CCD或CMOS检测器(PSD代表位置敏感探测器、CCD代表电荷耦合器件以及CMOS用于互补金属氧化物半导体)。这样的传感器20在所有实施例的至少一部分中优选地包括激光二极管，该激光二极管包括作为光源的透镜系统和在PSD或CCD线检测器前方的另一透镜系统，以对检测器的光学激活区域上的反射光分量进行成像。紧凑的半导体结构特别适合作为PSD、CCD和CMOS线检测器。根据光学传感器20和物面OE之间的距离，反射光分量相对于检测器的光学激活区域移动。可以由此确定距离。
﹣以测量方式操作的共焦彩色传感器，共焦彩色传感器包括发射白光或发射包括作为光束LS的多个波长分量的光的光源。这些传感器20在光束LS的光路中包括透镜组件，以将各种波长分量聚焦在不同的距离处。然后将反射的光分量传导到光谱仪(优选地通过光纤)，以分析其颜色分量。作为最大值分析的波长被准编码成与物面OE相距的距离。如果光束LS包括例如蓝色、绿色和红色波长分量，则因此光谱仪处的绿光的最大值可以指示预期距离。如果反射光分量的最大值处于蓝色范围内，那么将例如检测到短测量距离。例如，如果反射光分量的最大值处于红色范围内，则将检测到长的测量距离。
﹣以测量方式操作的锥镜传感器(conoscopic sensors)基于全息术原理。在所有实施例中，这种锥镜传感器优选地包括用作单色光源的激光器。光束LS沿物面OE的方向投射。反射光分量通过物镜和检测器区域中的多折射晶体成像。在此分析由该方法产生的干涉图案，以由此确定与物面OE相距的距离，
由于用作物面OE的齿轮部件10的区域具有轻微的表面粗糙度，因此在光束LS入射时部分地发生漫反射。
由于可能在齿轮部件10中发生相邻齿引起的遮蔽问题，因此在使用激光三角测量传感器时，三角测量三角形的对准将适合于所有对应实施例中的齿隙的方向。
图6示意性地示出了光学传感器20，其根据锥镜传感器的原理操作。光学传感器20包括激光源，优选激光二极管LD，所述激光二极管LD发射光束LS。光束LS例如在物面OE(在此是齿面2.1)的方向上在分束器23处偏转。光束LS在此产生光点LP。在该光点LP处测量距离，这是因为漫反射的光分量沿光轴方向返回。光学传感器20优选地包括透镜组或成像光学单元24，所述透镜组或成像光学单元24仅由图6中的透镜表示。透镜组或成像光学单元24用于通过检测器26的激活检测器区域25上的双折射晶体对光分量进行成像(这里用虚线表示)。通过这种特殊结构，在检测器上产生具有距离信息的干涉图案，该干涉图案由电路或计算机分析，从而获得测量信号Ms和/或针对距离的测量值Mw。可以例如通过输出装置提供测量信号Ms和/或测量值Mw。
如图6所示，光学传感器20的全部或部分元件可以组合成一个功能单元。如上所述，信号sA1在此也用于触发传感器20。
根据该原理操作的光学传感器20具有以下优点：光束LS被引导或耦合，使得光束LS与反射光分量同轴地延伸。因此，探测器区域可以与光束LS同轴布置。即，光束LS的光轴与反射光分量的光轴重合。因此，不需要像三角测量传感器那样将传感器对准齿隙方向。
在所有实施例中，分析装置40的一部分或整个分析装置40可以集成到光学传感器20中，例如集成到传感器20的壳体中。在这种情况下，传感器经由连接件22提供数字形式的测量数据或测量值Mw。
在所有实施例中，可以如下提供良好/不良好的功能。如果光学传感器20无论结构如何都不能确定可靠的信号，例如因为反射回的光分量的残余强度低于灵敏度阈值，那么该传感器20因此可以在输出装置21或另一个输出装置处发出警告信号。一旦提供该警告信号，分析装置40和/或坐标测量装置10就知道不能确定针对对应物面OE的距离值。在这种情况下，测量程序可以中断，例如，然后重新启动，
如已经提到的那样，角度测量系统/角度传感器16被设计用于提供信号sA1，信号sA1允许关于(转动)工作台13以及因此部件11的瞬时驱动侧角位置的陈述。该信号的提供由图2中标记为sA1的虚线箭头表示。示例性信号sA1示出作为图4中的旋转角度W的函数。在图5A、5B和6中，信号sA1作为光学传感器20处的切换或触发信号被施加。
根据本发明，坐标测量装置10可包括多个NC控制轴线。在图1所示的示例性实施例中，例如，这些是三个线性轴线XI、Y1、Z1和上述旋转轴线A1。这些轴线XI、Y1、Z1、A1被设计用于执行测量结构17的相对进给运动和/或相对测量运动，所述测量结构17包括相对于部件11附接在其上的光学传感器20。
图1、图2和图3中所示的NC控制轴线XI、Y1、Z1、A1的布置应被理解为示例性。NC控制轴线也可以以不同的方式进行布置，并且NC控制轴线的数量例如也可以比图1、2和3中所示的少。
通过齿轮部件11围绕旋转轴线A1的旋转驱动产生实际相对测量运动。因此原则上足够的是，坐标测量装置10仅具有旋转轴线A1作为受控轴线。例如通过具有Y1轴线的传感器的线性进给的距离变化不必在实际测量期间发生。
取决于旋转角度特征信号sA1的定义，该信号sA1可以例如施加在门(gate)的允许输入部处。如果切换信号sA1从逻辑“0”切换到逻辑“1”，则因此允许输入部例如引起光学传感器20的激活。
光学传感器20优选地设计成在所有实施例中自动地从主动测量状态变为被动测量状态。
根据本发明，对于实施例的至少一部分而言，如果涉及金属齿轮部件11的测量，则在所有实施例中，光束LS的入射角优选地在±0和±60°之间的角度范围内。
对于至少一部分实施例而言，特别有利的入射角在0°和±45°之间的角度范围内(这些度数规格基于垂直于表面入射的光束LS对应于角度0°的假设。)。
在至少一部分实施例中，坐标测量装置10优选地包括一种由硬件和/或软件构成的控制系统。该控制系统的含义和目的是控制光学传感器22进给期间齿轮部件11的相对运动和/或当实施实际测量时执行相对测量运动。
图1和图3以示例的方式示出了软件模块SM作为相应控制器12的一部分，该相应控制器12优选地是所述控制系统的一部分或核心。软件模块SM和/或控制系统被设计用于从预期的角位置(由信号sA1表示)和测量信号Ms和/或测量值Mw确定齿轮11的物面OE的至少一个几何规格(例如，齿面相对于旋转轴线A1的角位置)。
前述示例主要涉及正齿轮部件11，这是因为正齿轮上的测量结果更容易解释。然而，本发明还可用于测量锥齿轮部件11、蜗轮、齿轮加工刀具和其他齿轮部件11。
附图标记

Claims (14)

1.一种坐标测量装置(10)，所述坐标测量装置包括至少一个受控轴线(A1，XI，Y1，Z1)，所述坐标测量装置包括用于待测量的齿轮部件(11)的容座(13，14)，所述容座能够围绕所述受控轴线中的用作旋转轴线(A1)的一个被旋转驱动，所述坐标测量装置包括角度传感器(16)并包括测量组件(17)，其中，所述坐标测量装置(10)设计成用于借助于所述至少一个受控轴线(A1，XI，Y1，Z1)执行所述测量组件(17)相对于所述齿轮部件(11)的运动，
其特征在于：
﹣所述测量组件(17)包括光学无接触操作传感器(20)，所述光学无接触操作传感器设计作为测量传感器并且布置在所述测量组件(17)上，使得在所述齿轮部件(11)布置在所述容座(13，14)中时所述光学无接触操作传感器能够在所述齿轮部件(11)的物面(OE)的方向上沿着光学轴线发射光束(LS)，
﹣所述角度传感器(16)设计用于根据所述容座(13，14)相对于所述旋转轴线(A1)的旋转位置提供旋转角度特征信号(sA1)，以及
﹣所述测量传感器能够通过所述旋转角度特征信号(sA1)在激活状态下操作。
2.根据权利要求1所述的坐标测量装置(10)，其特征在于，所述激活状态是所述光学无接触操作传感器(20)的主动测量状态，其中，所述测量传感器被设计用于从所述主动测量状态变为被动测量状态。
3.根据权利要求1或2所述的坐标测量装置(10)，其特征在于，所述激活状态是所述光学无接触操作传感器(20)的主动测量状态，其中，所述坐标测量装置(10)被设计用于基于所述旋转角度特征信号(sA1)将所述测量传感器直接切换到所述主动测量状态。
4.根据权利要求1或2所述的坐标测量装置(10)，其特征在于，所述激活状态是所述光学无接触操作传感器(20)的主动测量状态，其中，所述坐标测量装置(10)被设计用于处理所述旋转角度特征信号(sA1)与预定角度值，以将所述测量传感器间接切换到所述主动测量状态。
5.根据权利要求1所述的坐标测量装置(10)，其特征在于，所述坐标测量装置(10)被设计用于基于所述旋转角度特征信号(sA1)产生切换信号，以通过所述切换信号将所述测量传感器或下游电路(40)切换到所述激活状态。
6.根据权利要求1所述的坐标测量装置(10)，其特征在于，所述坐标测量装置(10)包括电路(40)，所述电路布置在所述光学无接触操作传感器(20)的输出侧，其中，所述坐标测量装置(10)设计用于基于所述旋转角度特征信号(sA1)将所述电路(40)切换到所述激活状态。
7.根据前述权利要求中任一项所述的坐标测量装置(10)，其特征在于，所述测量传感器设置成与所述齿轮部件(11)的物面(OE)对角，其中，所述光束(LS)相对于所述物面(OE)的角度优选地在介于±0至±60°的角度范围内。
8.根据前述权利要求中任一项所述的坐标测量装置(10)，其特征在于，所述测量传感器是激光点传感器，所述激光点传感器包括用于发射所述光束(LS)的激光器，优选地激光二极管(LD)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的坐标测量装置(10)，其特征在于，所述坐标测量装置(10)还包括：
﹣存储器(18)，所述存储器设计用于一旦所述角度传感器(16)提供所述旋转角度特征信号(sA1)就存储所述角度传感器(16)的数据和/或所述光学无接触操作传感器(20)的测量值(Mw)。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的坐标测量装置(10)，其特征在于，所述坐标测量装置(10)还包括：
﹣软件模块(SM)，所述软件模块设计用于一旦所述角度传感器(16)提供所述角度特征信号(sA1)就处理所述光学无接触操作传感器(20)的测量值(Mw)。
11.根据权利要求1、2或3所述的坐标测量装置(10)，其特征在于，能够根据软件模块(SM)从所述光学无接触操作传感器(20)的测量值(Mw)确定所述齿轮部件(11)的物面(OE)的至少一个几何规格，所述几何规格优选地是位置规格，所述软件模块优选地是控制系统的一部分。
12.根据权利要求1至8中任一项所述的坐标测量装置(10)，其特征在于，能够在所述坐标测量装置(10)中执行自动运行的测量程序，以基于软件模块(SM)对所述齿轮部件(11)进行分度测量，所述软件模块优选地是控制系统的一部分。
13.一种用于在坐标测量装置(10)中的齿轮部件(11)上执行非接触式光学测量的方法，所述方法包括以下步骤：
﹣将所述齿轮部件(11)引入到所述坐标测量装置(10)中；
﹣构造所述坐标测量装置(10)，以将无接触操作的光学传感器(20)相对于待测量的所述齿轮部件(11)的物面(OE)移动到开始位置，所述光学传感器设计作为测量传感器；
﹣使用所述光学传感器(20)对所述齿轮部件(11)进行光学测量，其包括以下分步骤：
○围绕所述坐标测量装置(10)的旋转轴线(A1)旋转驱动所述齿轮部件(11)；
○根据所述齿轮部件(11)绕所述旋转轴线(A1)的当前旋转位置，通过角度传感器(16)提供旋转角度特征信号(sA1)；
○一旦所述旋转角度特征信号(sA1)指示达到所述齿轮部件(11)的预定旋转位置，就将所述光学传感器(20)或所述光学传感器(20)下游的电路(40)切换到激活状态；
○在所述激活状态期间分别获取所述光学传感器(20)的测量值(Mw)或测量信号(Ms)。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，执行所述方法以执行所述齿轮部件(11)的分度测量。
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