CN109397090A - 测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在机床上且特别是在研磨机上的机加工操作期间进行加工中测量的测量单元(10)，该测量单元至少包括被设置在机头座处的磨轮头，该测量单元包括测量头(14)，该测量头能在静止位置与测量位置之间移动，该测量单元还包括使测量头在静止位置与测量位置之间移动的装置。测量单元(10)被构造成使得测量头(14)的静止位置和测量位置能由用户通过控制测量头(14)在静止位置与测量位置之间的移动而无限地调节。

Description

测量装置
技术领域
本发明涉及一种测量单元，其特别用于在机床、尤其是在研磨机上进行机加工期间的加工中测量(in-process measuring)。
背景技术
机床、特别是研磨机在本领域中是公知的。此外，研磨机通常包括工件单元、工具单元、测量单元、以及能连接至测量单元和工具单元的控制单元。已知测量单元或装置被设置成用于在机加工过程中进行加工中测量，其中，控制程序被集成在机加工程序中，用以简化探针周期与机加工操作的集成，从而减少设置时间。所谓的加工中测量(即在机加工操作过程中进行的测量)可以实现高精度机加工操作，并且能够帮助提高制造质量和工艺可靠性。
通过与自动化系统相结合来减少设置和工艺调整时间，精密零件机加工的生产率得以提高。因此，由于加工漂移(process drift)得到了快速校正，所以能够保持零件尺寸接近标称值。探测是一种既定的最佳实践，用于使机床的效率、质量、性能和精度得以最大化。
已知一种研磨机，其包括被设置成用于进行加工中测量的测量单元，其中，测量单元包括测量头，该测量头与测量单元的基部本体(base body)枢转式地连接，以将测量头设置成在静止位置与测量位置之间枢转，在测量位置，测量头与待测量的表面测量接触。此外，已知设置一止动件，该止动件用于限制测量头从静止位置到测量位置的运动。
为了允许进行加工中测量，已知测量单元包括用于将测量头连接至研磨机的基部本体的臂。该臂被可移动地支撑，以在研磨操作期间跟随研磨机的研磨轮的运动。测量头设置有用于在所有触碰矢量上进行触觉扫描的触碰式触发器亦即触碰式探针，以对具有坚固结构的3D零件几何形状进行精确测量。
然而，需要提供一种测量头，其能精确地适配于对每个待测量工件的尺寸、以及空间坐标(room coordinate)中的每个点进行符合预期的测量。这可以包括单用途测量头，或举例来说以能够调节的方式设有两个测量探针的测量头。测量探针必须以高精度的方式和方位来调整。
由EP 1 370 391得知一种测量装置，该测量装置用于在研磨机的研磨操作期间对曲柄销进行加工中测量。该已知的测量装置具有测量头，测量头通过杆式组件连接至测量装置的基部本体，以便能围绕第一枢轴线枢转并且将测量头带进和带出测量位置。为了执行加工中测量，测量头被枢转到测量位置并且紧靠待测量的曲柄销。在研磨加工期间，曲柄销围绕曲柄轴的旋转轴线进行轨道旋转。研磨轮保持与曲柄销接触，且为此目的而相对于曲柄轴的旋转轴线被径向可移动地支撑。为了确保在整个研磨操作期间都可以在曲柄销处执行测量，测量头跟随曲柄销的运动。为此目的，测量装置的基部本体通过多个连杆元件连接至研磨机的基部本体，由此在研磨操作期间，测量装置与研磨机的研磨轮同步地在曲柄轴的径向上移动。连杆元件的运动关系的任何偏差都可以反映在测量头相对于工件的位置上。
根据US2011/0232117，已知一种测量装置，其用于在机床(特别是研磨机)上的机加工操作期间对测试件进行加工中测量，该测量装置包括用于限制测量头从静止位置到测量位置的运动的止动件，其中，止动件可通过与该止动件操作式地相关联的机动驱动单元来调节。因此，机动驱动单元与止动件以止动件的位置可调节的方式相关联，以使得测量位置能够调节、并且能够通过所设置的控制单元而被可控调节。但是，停止测量头的运动可能产生影响精度的振动。
发明内容
因此，本发明的一个目的是几乎不需费力就可对待机加工的工件的尺寸和几何特征进行高精度测量。本发明的另一个目的是提供一种测量单元，该测量单元具有相应的位置可变结构，并且其中，测量头能够围绕枢轴线更为直接和可靠地从静止位置枢转到测量位置，并且其中，测量头的调节通过特别简单、可靠和快速的方式而被替代。
这些问题是借助一种具有测量头的测量单元来解决的，该测量头包括测量探针，例如3D触碰式触发器探针，其对用于机床(即研磨机)上的工件进行检查。所使用的探针通常被称为触碰式触发器探针，这是因为它们使用了开关，而这些开关在探针的触头(stylus)与待测量或设置的部件之间接触时被触发。测量单元也可被设置成用于高速触觉扫描。
根据本发明，用于在机床上、且特别是在包括被设置在机头座处的磨轮头的研磨机上进行机加工操作期间的加工中测量的测量单元包括：测量头，其中，该测量头能够在静止位置与测量位置之间移动；用于使测量头在静止位置与测量位置之间移动的装置；以及控制单元，其中，该测量头的静止位置和/或测量位置可由用户无限地调节。因此，静止位置和测量位置可由用户通过控制测量头的移动来编程。
此外，用于进行加工中测量的测量单元的测量头可在静止位置和测量位置以及参考位置之间移动，该参考位置用于确定参考表面的参考数据。在该参考位置，测量头与被设置在机床处、且优选地位于待测量工件附近的参考表面接触。在待测量工件的测量之前和/或之后，测量头可以移动到参考位置，以实现探测的调节。为了提高探测的准确度，可以按照确定的频率来重复这种调节。在参考位置，测量单元向控制单元提供待处理的参考数据。因此，替代性地，在测量头的测量位置确定的测量数据可以与在参考位置确定的参考数据相关，以使得工件尺寸的每个测量值均为差分测量值。优选地，例如由于热漂移(thermaldrift)引起的每个不精确值均可被消除。
根据本发明，控制单元被设置成控制测量头的移动。此外，控制单元包括输入单元，其用于由用户输入测量位置的至少调节位置。
根据本发明的测量单元包括使测量头移动的装置，该装置是伺服电机驱动器。
此外，测量头可被设置成通过位移引起电性接触，从而产生用于机床的控制单元特别是用于驱动器的信号。在测量单元执行测量功能期间，机器轴线在测量方向上移动，直到由测量头产生信号，指示出机器轴线的当前位置为止，并且坐标值可以被收集在控制单元中以供进一步使用。
根据本发明，测量单元包括：基部元件，能连接至机床的一部分；支撑件，能与测量头连接；以及臂，将测量头与基部元件相连接，其中，基部元件、臂和支撑件由不同的材料制成并能连接。
根据本发明，测量单元被构造成轻质复合结构。基部元件由轻金属(例如铝或铝合金)制成。基部元件例如通过包括空腔而被形成以使得重量减小。
臂被设置成连接基部元件和测量头。根据本发明的优选实施例，臂由碳纤维增强塑料(CFK)制成。因此，臂由相对低价的材料制成并且可以具有不同的尺寸。另外，臂还可以包括至少一个管状元件，优选地包括两个管状元件。因此，臂由标准化元件制成从而在设计上提供良好的灵活性，且根据管状元件的数量而具有较低重量和一定的刚度。优选地，测量单元被构造成在测量方向上提供高刚度，由此实现高测量精度。在一个实施例中，连接基部元件与测量头的臂被构造成使得该臂至少部分地平行于测量方向延伸，以提供高结构刚度。
此外，为了将臂与测量头连接，可以设置支撑件。支撑件由轻质材料(诸如铝或铝合金)制成。支撑件可以通过3D打印来制成并且具有小尺寸。
由于测量单元的轻质结构，能够使测量头在静止位置与测量位置之间更快地移动，其中，测量头的移动由与研磨机的部分(特别是磨轮头)操作性地关联的一装置(特别是一机动驱动单元)来提供。根据本发明，该装置可以是伺服电机，其被设置成使测量头围绕枢轴线在静止位置与能调节的测量位置之间枢转，在该测量位置，所述测量头与待探测的工件接触。枢轴线的位置和测量头的测量位置基本上位于同一水平面上，平行于测量方向并且正交于待测量表面。
通过机动驱动单元和轻量化结构，能够在短时间内移动测量头，从而提供高精度探测和改进的工艺控制。高精度探测包括测量工件的圆度、尺寸(即在所有三个维度)和/或直径和/或在工件处提供的某些特征件的位置。但即使在进行加工中测量(即在机加工操作过程中进行测量)的情况下，在主动研磨加工(active grinding process)期间也不能执行探测。因此，用于使测量头从静止位置移动到测量位置的时间、以及另一方面的设置时间会延长加工周期。为了加速测量头围绕枢轴线的运动，有利的是，测量单元的重量(以及因此质量惯性矩)优选地较低。
在本发明的有利实施例中，测量头呈触碰式触发器的形式。
附图说明
现在参考作为非限制性示例给出的附图，更详细地描述本发明的优选实施例，附图中：
图1以简化形式示出了处于组装形式的测量单元。
具体实施方式
测量单元在图1中被示出且其整体用“10”来表示。在该示例中，测量单元10被设置在机床中，例如被设置在研磨机中。根据本发明，测量单元10用于在研磨机上的机加工操作期间对工件进行加工中测量。研磨机可以具有研磨轮，研磨轮固定至机器(研磨机)；该研磨轮能围绕旋转轴线旋转，并且用于机加工工件。测量单元10包括基部元件12，基部元件可被设置在研磨机的机头座(未示出)处，以便能围绕枢轴线(未示出)枢转。
此外，测量单元10包括测量头14，该测量头通过一臂16或更多个臂与测量单元10的基部元件12连接，以便能围绕枢轴线枢转。测量单元10还具有使测量头14枢转到以及枢转出测量位置的装置。在静止位置，测量头14与待探测的工件的表面脱离接合。在静止位置，测量单元的运动被使测量头14进行枢转的装置阻挡。为了使测量头14在朝向测量位置的方向上枢转，上述装置以使得测量单元10行进到测量头14处于测量位置(即与工件的表面接触)的那个位置的方式被启动。测量位置可以是位于静止位置与所设止动件之间的任何预定位置。用于使测量头14进行枢转的装置被适配为使得测量头14的测量位置能够调节，并且适配有用以启动进行枢转的装置的控制单元。如果需要调整测量位置，则操作员可以在控制单元处输入所期望或所需的位置，该控制单元启动和控制使测量单元10进行枢转的装置。
从图1显然，臂16形成一个支撑测量头14的双臂式保持臂。然而，臂16可包括多于两个臂。测量头14通过支撑件18被支撑在臂16上。测量头14具有能偏转的测量探针20，该测量探针基本上是本领域技术人员已知的，因此不再详细解释。
在测量头14与待测量表面的接触期间，测量探针20记录测量值，由此基于该测量值，举例来说，3D部件的几何形状得以被高精度地确定。当测量探针被切换时，控制单元的快速输入被触发，并且机器的高精度测量刻度值(measurement scale)被读取。

Claims (11)

1.用于在机床上、且特别是在至少包括被设置在机头座处的磨轮头的研磨机上进行机加工操作期间的加工中测量的测量单元(10)，所述测量单元包括测量头(14)，所述测量头能在静止位置与测量位置之间移动，所述测量单元还包括使所述测量头在所述静止位置与所述测量位置之间移动的装置和控制单元，
其特征在于，所述测量头(14)的所述静止位置和所述测量位置能由用户通过控制所述测量头(14)在所述静止位置与所述测量位置之间的移动而无限地调节。
2.根据权利要求1所述的测量单元(10)，其中，所述控制单元包括输入单元，所述输入单元用于输入处在所述测量位置的所述测量头(14)的调节位置，并且适配于控制所述测量头(14)的移动。
3.根据前述权利要求之一所述的测量单元(10)，其中，所述测量头能移动到一参考位置，以确定一参考表面的参考数据。
4.根据前述权利要求之一所述的测量单元(10)，其中，使所述测量头(14)移动的装置是伺服电机驱动器。
5.根据前述权利要求之一所述的测量单元(10)，其中，所述测量单元(10)包括：能连接至所述机床的一部分的基部元件(12)、臂(16)、以及能与所述测量头(14)连接的支撑件(18)，其中，所述基部元件(12)、所述臂(16)和所述支撑件(18)由不同的材料制成并且能连接。
6.根据前述权利要求之一所述的测量单元(10)，其中，所述基部元件(12)通过机加工工艺由铝或铝合金制成，并能与所述研磨机的机头座连接。
7.根据前述权利要求之一所述的测量单元(10)，其中，所述臂(16)由碳增强纤维塑料制成。
8.根据前述权利要求之一所述的测量单元(10)，其中，所述支撑件(18)通过印刷方法由铝或铝合金制成。
9.根据前述权利要求之一所述的测量单元(10)，其中，所述测量单元(10)通过粘合剂粘合而被组装。
10.根据前述权利要求之一所述的测量单元(10)，其中，所述测量头(14)包括测量探针(20)。
11.根据前述权利要求之一所述的测量单元(10)，其中，所述测量单元(10)被构造成用于测量工件的圆度、尺寸和直径中的一个。
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