CN111492199B - 用于测量滚动加工刀具的方法和装置 - Google Patents

用于测量滚动加工刀具的方法和装置 Download PDF

Info

Publication number
CN111492199B
CN111492199B CN201880080956.3A CN201880080956A CN111492199B CN 111492199 B CN111492199 B CN 111492199B CN 201880080956 A CN201880080956 A CN 201880080956A CN 111492199 B CN111492199 B CN 111492199B
Authority
CN
China
Prior art keywords
tool
cutting edge
virtual
axis
workpiece
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201880080956.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111492199A (zh
Inventor
菲利普·胡贝尔
罗格·基尔施
哈特穆特·马克斯
米歇尔·姆罗斯
米歇尔·穆勒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Reishauer AG
Original Assignee
Reishauer AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Reishauer AG filed Critical Reishauer AG
Publication of CN111492199A publication Critical patent/CN111492199A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111492199B publication Critical patent/CN111492199B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23F—MAKING GEARS OR TOOTHED RACKS
    • B23F23/00—Accessories or equipment combined with or arranged in, or specially designed to form part of, gear-cutting machines
    • B23F23/12—Other devices, e.g. tool holders; Checking devices for controlling workpieces in machines for manufacturing gear teeth
    • B23F23/1218—Checking devices for controlling workpieces in machines for manufacturing gear teeth
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/20—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring contours or curvatures, e.g. determining profile
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23F—MAKING GEARS OR TOOTHED RACKS
    • B23F23/00—Accessories or equipment combined with or arranged in, or specially designed to form part of, gear-cutting machines
    • B23F23/006—Equipment for synchronising movement of cutting tool and workpiece, the cutting tool and workpiece not being mechanically coupled
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23F—MAKING GEARS OR TOOTHED RACKS
    • B23F23/00—Accessories or equipment combined with or arranged in, or specially designed to form part of, gear-cutting machines
    • B23F23/12—Other devices, e.g. tool holders; Checking devices for controlling workpieces in machines for manufacturing gear teeth
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23F—MAKING GEARS OR TOOTHED RACKS
    • B23F5/00—Making straight gear teeth involving moving a tool relatively to a workpiece with a rolling-off or an enveloping motion with respect to the gear teeth to be made
    • B23F5/12—Making straight gear teeth involving moving a tool relatively to a workpiece with a rolling-off or an enveloping motion with respect to the gear teeth to be made by planing or slotting
    • B23F5/16—Making straight gear teeth involving moving a tool relatively to a workpiece with a rolling-off or an enveloping motion with respect to the gear teeth to be made by planing or slotting the tool having a shape similar to that of a spur wheel or part thereof
    • B23F5/163—Making straight gear teeth involving moving a tool relatively to a workpiece with a rolling-off or an enveloping motion with respect to the gear teeth to be made by planing or slotting the tool having a shape similar to that of a spur wheel or part thereof the tool and workpiece being in crossed axis arrangement, e.g. skiving, i.e. "Waelzschaelen"
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/02—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
    • G01B21/04—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness by measuring coordinates of points
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/401—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for measuring, e.g. calibration and initialisation, measuring workpiece for machining purposes
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/406—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by monitoring or safety
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/406—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by monitoring or safety
    • G05B19/4065—Monitoring tool breakage, life or condition
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/182—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by the machine tool function, e.g. thread cutting, cam making, tool direction control
    • G05B19/186—Generation of screw- or gearlike surfaces
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/37—Measurements
    • G05B2219/37275—Laser, interferometer

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • A Measuring Device Byusing Mechanical Method (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • Gear Processing (AREA)

Abstract

在一种用于测量对有齿的工件进行滚动加工的刀具(1)的方法中，计算虚拟刀具的倒圆的虚拟切削刃上的虚拟接触点。然后基于所计算出的虚拟接触点来计算和设定在刀具轴线(B)与测量设备(11)之间的相对取向以及在刀具与测量设备之间的平移的相对位置。在所设定的相对取向和相对位置中进行对实际切削刃的测量。所述测量尤其能够借助于呈光束形式的柱形感测机构进行，其中柱形感测机构在虚拟的接触点处切向地接触所述虚拟切削刃。

Description

用于测量滚动加工刀具的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于测量滚动加工刀具的方法以及一种用于执行所述方法的装置。
背景技术
滚刮齿法是一种连续的切削方法，其中使用齿轮状刀具加工旋转的工件。除了软加工以外，所述滚刮齿尤其也能够用于硬精加工预制齿的工件。为了加工工件，刀具和工件容纳在旋转主轴上。刀具和工件的转动轴线在此偏斜地设置。通过刀具和工件围绕转动轴线的转动运动耦合，实现了具有复杂的滚刮齿运动学的方法典型的滚动运动。借助这种切削方法，能够对外齿部和内齿部进行加工。
滚刮齿刀具的齿在刀具端面的区域中形成切削刃。在实践中，每个齿的切削刃不形成任意锋利的棱边，而是以半径倒圆。在被刮齿的工件上最终的齿面借助于通过滚刮齿刀具的在几何形状上限定的切削刃形成包络剖面而成形，其中在滚刮齿加工结束时几乎不再去除切屑，并且仅还逐点地在刀具和工件之间发生接触。在滚动运动过程中，在完成加工的工件和刀具之间的相应的接触点连续地沿着倒圆的切削刃移动。刀具和工件的转动轴线的偏斜设置在此引起：所述接触点不仅在纵向方向上沿着切削刃，而且同时其在切削齿倒圆部的弯曲部上的方位也横向于此变化。在滚动运动过程中起作用的接触点在切削齿倒圆部上形成空间曲线。所述空间曲线的伸展通过刀具的设计和设定变量，如刀具和工件的相对取向和方位来确定。所述空间曲线能够从设计数据中计算得出。
Andreas Hühsam的论文，“Modellbildung und experimentelle Untersuchungendes
Figure GDA0003337793910000011
”(“Modelling and experimental investigations of thehob peeling process”)，研究报告第111卷，卡尔斯鲁厄大学的wbk研究所，Shaker VerlagGmbH，2002年，第23-66页，和Andreas Bechle”的“Beitrag zur prozesssicherenBearbeitung beim Hochleistungsfertigungsverfahren
Figure GDA0003337793910000012
”(“Acontribution to reliable machining using the high performance productionprocess of hob peeling”)，研究报告第132卷，卡尔斯鲁厄大学的wbk研究所，ShakerVerlag GmbH，2006年，第26-68页，全面论述了滚刮齿的建模和滚刮齿刀具的符合质量要求的制造作为滚刮齿法的决定性因素。Hühsam提出滚刮齿的运动学模型。借助该方式能够计算出滚刮齿刀具的复杂的切削刃几何形状。Bechle在第28页的第2-21段示出用于制造所述滚刮齿刀具的示意性过程。刀具坯件借助于磨削制成。在第一磨削工序之后，在测量机上对滚刮轮进行测量，并且确定尺寸精度和形状精度。与期望几何形状的偏差被确定并且通过校正NC修整过程和重新对磨削盘进行仿形而被消除。该循环重复多次，直至尺寸和形状正确为止。
然而，在借助常规的测量机械进行测量时不考虑在切削刃倒圆部上的接触点在滚动运动过程中沿着已经提及的空间曲线移动。常规的测量机械不能考虑所述空间曲线。
此外，在单独的测量机械上进行测量是不利的，因为将刀具再夹紧在测量机械和刀具主轴之间是费时的，并且在此可能产生夹紧错误和再夹紧错误，这会对制造结果产生不利影响。
在US 2015/0081083 A1中提出，以感测的方式测量滚刮齿刀具。为此提供测量体，所述测量体示出工件齿部的要加工的齿面的精确成像。这种类型的测量虽然能够实现准确地确定要在加工机械上设定的在工件轴线和刀具轴线之间的间距，然而不适合用于测量在滚刮齿时起作用的切削刃。
在WO 2016/150985A1中提出，测量滚刮齿刀具的每个切削齿的顶部的切削棱边、左侧的切削棱边和右侧的切削棱边与理想轮廓的偏差，以便以这种方式确定同心度误差。以感测的方式借助测量球进行测量。在这种方法中，虽然确定了切削棱边的方位，但是并没有测量实际的切削棱边本身。所确定的方位偏差于是在工件加工中用于防止同心度误差对工件几何结构的影响，其方式为：提供在工件转动和刀具转动之间的耦合关系的周期性非线性或轴间距的周期性改变。
在现有技术中已知用于对测量对象进行光学测量的方法，所述方法以光透射法工作，意即所述测量对象被带到光源和光探测器之间，并且所述光探测器识别所述测量对象何时中断光源的光束。
例如在DE 199 27 872 A1中公开了这种方法。为了也能够检测由于测量对象的几何形状在其他情况下仅可困难地检测的区域而提出，所述光源和所述光探测器形成单元并且置于枢转装置上。所述枢转装置能够围绕轴线枢转，所述轴线与测量对象的转动轴线相交。所述枢转装置还能够沿着垂直于枢转轴线伸展的第二轴线平移地调节。所述测量对象能够沿着平行于第一轴线的第三轴线调节，并且能够围绕平行于第二轴线伸展的并且被第一轴线切割的第四轴线转动。由此产生下述可能性：例如在旋转对称的刀具的切削齿的情况下能够在切削刃的后方进行测量。该文献没有建议使用这种用于测量滚刮齿刀具的装置，尤其是在切削刃上具有倒圆部的滚刮齿刀具。
在EP 1 050 368 A1中提出一种用于定位装置的光学测量设备。光源和光探测器设置在共同的保持架上并且定向为，使得来自光源的测量光束射到光探测器上。所述光探测器探测射束何时被测量对象中断。如果发生中断，那么会生成相应的信号。因此进行简单的二进制评估，其中状态为“接收到光”(“L”)和“没有接收到光”(“0”)。所述光束能够是非准直的，意即所述光束能够从光源朝向光传感器轻微发散。在光探测器的前方设置有狭窄的光通道，所述光必须穿过所述光通道，以便能够到达光探测器。因此，所述检测器仅有效地“看到”由光源发出的光束簇的柱形射束区域。光束因此与柱形感测面一样起作用，借助所述感测面感测所述测量对象。没有公开用于测量滚刮齿刀具的应用。
提出一种相应的激光测量桥，例如来自英国的公司Renishaw,Wotton-under-Edge，品名为NC4。
US 8,411,283 B1公开了一种方法，其中借助于间距测量对齿轮进行测量。在EP 1398 598 A1中提出借助于线激光和图像检测来测量小的切削棱边几何形状。
发明内容
在第一方面中，本发明的目的是，提出一种用于测量滚刮齿刀具的切削刃的测量方法，所述方法能够实现以特别高的精度进行测量、是自动化的并且能够低成本、简单且快速地实现。
因此提出一种测量刀具的方法，所述刀具用于对有齿的工件进行滚动加工。所述刀具能够围绕刀具轴线转动并且具有多个切削齿。每个切削齿形成至少一个实际切削刃。所述方法利用测量设备实施。所述方法具有以下步骤，其中所述步骤不必以所提出的顺序实施：
(a)计算在虚拟刀具的虚拟切削刃上的虚拟接触点，其中所述虚拟切削刃沿着切削刃纵向方向延伸并且横向于切削刃纵向方向具有倒圆部；
(b)基于所计算出的虚拟接触点来计算在刀具轴线与测量设备之间的相对取向以及在刀具与测量设备之间的平移的相对位置；
(c)设定在刀具轴线与测量设备之间的所计算出的相对取向以及在刀具与测量设备之间的所计算出的相对位置；和
(d)在所设定的相对取向和相对位置中执行对实际切削刃的测量，
其中对于沿着虚拟切削刃的多个虚拟接触点执行上述步骤(a)至(d)。
因此，首先考虑限定虚拟切削刃的虚拟刀具。如从下面的说明书中能够得出，所述虚拟切削刃用于计算刀具轴线应如何相对于测量设备定向以及刀具应如何相对于测量设备定位，从而能够以较高的精度进行测量。所述虚拟切削刃在此对应于预设的切削刃几何形状，尤其对应于根据刀具设计的期望切削刃几何形状。所述虚拟切削刃沿着切削刃纵向方向不形成连续的锋利棱边，而是在前刀面或者，如果存在的话，前刀面倒棱和后刀面或者，如果存在的话，后刀面倒棱之间，以限定的方式倒圆。因此，虚拟切削刃形成复杂的曲面。
在所述虚拟切削刃上存在空间曲线，所述空间曲线由点构成，当所述虚拟刀具与虚拟工件一起实施滚动运动时，如其也在借助实际刀具对实际工件进行实际加工时所发生的的那样，在所述点处复杂的曲面将与具有预定的期望齿面几何形状的虚拟工件接触。在虚拟切削刃上的点称为虚拟接触点。由虚拟接触点构成的曲线通常不在刀具的端面剖面中伸展。在空间中的点，相对于虚拟工件的轴线和虚拟刀具的轴线同样形成称为虚拟接合线的曲线，其中在所述点处在所有滚动位置上发生所述接触。在虚拟参接合线上属于虚拟接触点的点被称为虚拟接合点。在切削刃上的虚拟接触点和在空间中的与此相关的虚拟接合点对于处于虚拟接触点接触工件期望齿面的最终轮廓的滚动位置中的情况是相同的。在对应于期望几何形状的虚拟工件上同样存在虚拟接触点，所述虚拟接触点在接触滚动位置上同样与虚拟接合点重合。
对于所选择的虚拟接触点现在确定刀具轴线和测量设备如何必须相对于彼此取向并且刀具和测量设备如何必须相对于彼此关于它们的平移位置进行调节，从而能够借助测量设备在虚拟接触点处(而不是例如在切削刃弯曲部上的另一部位处)进行测量。尤其对于滚刮齿刀具，由于在虚拟刀具和虚拟工件之间的偏斜设置，这样计算的取向和平移位置通常沿着虚拟切削刃从虚拟接触点至虚拟接触点变化。
实际刀具和测量设备现在相对于彼此与之前对此计算的那样设定。优选将机床的CNC轴线用于所述设定。在工件轴线相对于测量设备这样设定的定向以及刀具相对于测量设备这样设定的位置中，随后在实际刀具的实际切削刃上进行测量。如果在计算出的虚拟接触点处实际刀具的切削刃几何形状与虚拟刀具的切削刃几何形状有所不同，那么所述测量对虚拟接触点处的偏差进行量化。尤其，为了进行测量，执行刀具相对于测量设备的另一相对运动；例如能够为了进行测量，将实际刀具围绕刀具轴线转动，并且将所述偏差表示为实际刀具必须旋转的转动角差，从而使实际切削刃和虚拟切削刃在虚拟接触点处重合。
然后能够对于沿着虚拟切削刃的一个或多个另外的虚拟接触点重复上述步骤。以这种方式，沿着其纵向方向在多个部位处对所述切削刃进行测量。尤其，能够对于沿着虚拟切削刃的五个虚拟接触点执行上述步骤(a)至(d)，以便能够实现关于实际切削刃几何形状的足够详细的结论。
为了在切削刃上的虚拟接触点的测量值之间进行内插，能够从对于在同一切削刃上的不同的接触点已经确定的测量结果中以本身已知的方式借助于拟合计算来计算用于描述实际切削刃的拟合曲线。
为了设定在刀具轴线与测量设备之间的相对取向，原则上可设想的是，分别改变测量设备在空间中的取向和位置，而刀具轴线的取向和刀具的位置是固定的。替选地也可设想的是，改变刀具轴线的取向和刀具在空间中的位置，而所述测量设备是固定的。混合形式也是可行的。然而，通常在机座上总归已经存在所需的CNC轴线，所述CNC轴线能够实现，改变刀具轴线在空间中的取向和设定刀具在空间中的位置。因此有利的是，如果所述测量设备在执行该方法期间以空间固定的方式设置，并且对于相应的虚拟接触点设定相对取向和相对位置，其方式为：改变刀具轴线在空间中的取向，并且改变刀具在空间中的位置。
所提出的方法能够用于多种不同的测量方法。然而，其特别适合于下述测量方法，其中切向扫描刀具的切削刃。为此，所述测量设备能够提供非接触式或接触式工作的感测机构，并且计算和设定相对取向和相对位置，使得所述感测机构在所计算出的虚拟接触点处切向接触所述虚拟切削刃。在此，所述感测机构能够是以接触方式起作用的、实体感测机构(实际的、持久存在的体部)，例如感测针，或者能够是以非接触方式起作用的、非实体感测机构，例如呈光束的形式。
如果所述感测机构是柱形形状的进而限定柱形的感测面，那么能够获得进一步的优点，因为对于测量而言，刀具沿着感测机构的柱体轴线的方位是不重要的。这简化了刀具和测量设备相对于彼此的方位的设定，并且简化了测量过程。
如果所述感测机构为柱形形状，那么其限定了柱体轴线，并且柱形感测面以距柱体轴线一定间距的方式伸展，所述间距对应于柱体半径。在一个有利的设计方案中，相对方位和相对位置于是计算和设定为，使得柱形感测机构的柱体轴线平行于在虚拟切削刃上在计算出的虚拟接触点处的切向平面伸展，更确切地说以距所述切向平面一定间距的方式伸展，所述间距对应于柱体半径。因此，柱形感测面包含虚拟接触点，并且在该处切向地贴靠到虚拟切削刃上。
在以前述方式使用柱形感测机构时，所述柱体轴线在一个平面中伸展，所述平面平行于虚拟切削刃上的切向平面位于计算出的虚拟接触点处。在此，仍然保留用于柱体轴线在所述平面内定向的自由度。所述定向能够有利地选择为，使得柱体轴线基本上沿着虚拟工件的齿面方向伸展。在实体的感测机构的情况下，柱形感测机构的定向减少了与其它刀具区域碰撞的风险。在呈光束形式的感测机构中，所述定向减少了光束被其它刀具区域遮蔽的风险。
如果所述感测机构由光束形成，那么所述方法能够以简单的方式如下实施：为了进行测量，在步骤(d)中使所述刀具在相应设定的刀具轴线的相对取向上和在相应设定的在刀具和测量设备之间的相对位置中围绕刀具轴线转动，并且在转动期间检测在何种实际转动角下所述光束被切削刃中断。因此，以交替的方式产生信号“L”(光束未中断，检测器亮)和“0”(光束中断，检测器暗)。在此基础上，能够确定在所探测到的实际转动角与对于虚拟切削刃计算出的期望转动角之间的偏差。所述偏差是对于实际切削刃几何形状与期望切削刃几何形状的偏差的直接量。所提出的方法的一个优点在于，如果所述刀具具有预设的期望几何形状，那么不在切削刃的弯曲部上的任一预设的或随机的部位处确定所述偏差，而是精确地在工件和刀具最终接触的部位处确定所述偏差。所述测量因此精确地在下述点处进行，所述点在加工时实际上是重要的，进而在所述点处应以特别精确的方式测量所述切削刃。
能够在分别设定的相对定向和相对位置中对于刀具的多个或所有切削齿执行在步骤(d)中的测量，使得多个或所有切削齿依次中断并且再次释放所述光束。以这种方式能够快速且有效地在相关的虚拟接触点处测量多个切削齿，而不必改变在刀具轴线和测量设备之间的相对取向以及在所述测量之间的相对位置。
从在多个或所有切削齿上的测量中能够确定下述参数中的至少一个：
-刀具同心度；
-切削齿中心；
-齿槽的中心。
从在一个、多个或所有切削齿上的测量中能够确定下述变量之一：
-借助实际切削刃制成的齿面与借助虚拟切削刃(尤其期望切削刃)制成的虚拟齿面的偏差的至少一个量(例如轮廓形状误差、齿距误差)；
-在加工期间例如由于磨损而导致切削刃的变化的至少一个量。
所述方法还能够至少包括以下步骤：
(e)基于测量结果确定对于机床控制装置的至少一个设定，其中所述设定引起，设定在所述刀具和所述工件之间的相对位置，以用于加工所述工件；和
(f)将所述设定传送给机床控制装置。
换言之，由于所确定的切削刃几何形状，改变所述刀具相对于所述工件的设定，以便例如补偿所述切削刃的磨损。
在步骤(e)中确定的设定也能够传输给外部计算机系统，所述外部计算机系统在多个时间点存储所述设定并且对其进行处理以使所述刀具重新锋利。在此，能够经由标准接口进行传输。
所述方法此外能够包括在屏幕上可视化测量结果，尤其在CNC机床控制装置的控制面板的屏幕上可视化测量结果。
所述刀具尤其能够是滚刮齿刀具或滚插齿刀具。
尤其在滚刮齿刀具的情况下，在此提出的方法具有特殊优点，因为通过刀具和工件的旋转轴线的偏斜设置以及近似非渐开线的、复杂的切削刃几何形状产生在常规的测量方法中通常没有充分考虑的特征。
所述刀具尤其能够是如2016年10月21日的瑞士专利申请CH 01412/16中所述的具有可变的前刀面倒棱的滚刮齿刀具。所述专利申请的公开内容通过参引的方式完全并入本文。
能够在刀具处于刀具主轴上期间实施所述方法，借助于所述刀具主轴也能够发生对工件的加工。换句话说，所述方法能够直接在机床上实施，借助所述机床也能够进行工件加工。因此不需要的是，首先将刀具再夹紧到单独的测量机械的主轴上。但是也可设想的是，在单独的测量机械上执行所述方法。
在执行实际的测量方法之前，附加地能够实施用于校准机床中的测量位置的方法步骤。这种校准步骤能够在需要时在加工周期期间重复。
用于执行这种方法的装置能够具有：
-用于驱动刀具以围绕刀具轴线转动的刀具主轴；
-已经提及的测量设备；
-至少一个被驱动的枢转轴线，以便改变在刀具轴线与测量设备之间的相对取向；和
-至少一个被驱动的线性轴线，以便改变在刀具和测量设备之间的平移的相对位置。
所述装置于是还具有控制装置，所述控制装置构成为用于实施上面示出的方法。上文提出的关于方法的考虑同样也适用于根据本发明的装置。所述控制装置尤其能够具有软件，所述软件在由控制装置的处理器执行时引起，所述控制装置实施上文示出的方法。
所述装置能够具有多于一个的枢转轴线，以便能够自由地设定刀具轴线在空间中相对于测量设备的取向。在该情况下，所述枢转轴线优选不彼此平行并且优选彼此正交地伸展。所述装置也能够相应地具有多于一个的的线性轴线，以便能够自由地改变在刀具和测量设备之间的平移的相对位置。然后，优选在数学意义上，两个或三个线性轴线的方向是线性独立的，并且优选同样彼此正交。
尤其，所述枢转轴线和线性轴线的设置能够根据以下规则来实施：
-所述测量设备位置固定地设置在机座上，并且刀具在空间中的定向和定位借助于至少一个线性轴线和至少一个枢转轴线来进行；或者
-所述测量装置固定地设置在可移动的滑架上，所述可移动的滑架至少能够沿着线性轴线移动，并且所述刀具在空间中的定向和定位借助于至少一个枢转轴线来进行。
在这两个实施方案变型形式中，能够为刀具和/或测量设备提供另外的枢转轴线和/或线性轴线。
尤其，在按照根据US 6,565,418 B1或US 5,857,894的机床设计方案的已知的制齿机的刀具支架上，代替磨削头能够设置有滚刮头。所述测量设备能够如下设置在所述机床中：
(i)在根据US 6,565,418 B1的制齿机设计方案中，滚刮头设置在刀具支架上，所述刀具支架能够相对于机座移动。所述机座还承载有可运动的，尤其是可移动或可枢转的工件支架。然后，所述测量设备能够设置在所述工件支架上，并且能够借助于所述可运动的工件支架从停放位置运动到测量位置中。在所述机床设计方案中，具有滚刮头的可运动的刀具支架实现了三个线性轴线X、Y和Z以及一个枢转轴线A和一个旋转轴线B。附加地还存在另一线性或枢转轴线C*，其使具有测量设备的工件支架从停放位置运动到测量位置中并且然后移回。可运动的工件支架能够用于另外的目的。尤其，至少一个工件主轴也能够设置在可运动的支架上，以用于夹紧要加工的工件。
(ii)在根据US 5,857,894的机床设计方案中，滚刮头设置在刀具支架上，所述刀具支架能够相对于机座移动和枢转。所述机座还承载有具有工件主轴的位置固定的工件支架。然后能够将测量设备以位置固定的方式设置在所述机座上。在所述机床设计方案中，具有滚刮头的可运动的刀具支架同样实现了三个线性轴线X、Y和Z以及枢转轴线A和旋转轴线B。附加地，在此还存在另一线性轴线或枢转轴线C*；但是所述枢转轴线用于使刀具支架(而不是如在上述机床设计方案中那样使工件支架)枢转。在这种情况下，所述刀具支架能够优选在工作位置和测量位置之间运动，尤其是枢转，在所述工作位置中，安置在刀具主轴上的刀具能够与工件接合，在所述测量位置中，所述刀具与测量设备共同作用。
如已经详述的，所述测量设备能够提供非接触或接触式作用的感测机构，并且所述控制装置能够计算和设定所述相对取向和相对坐标，使得所述感测机构在所计算出的虚拟接触点处切向地接触所述虚拟切削刃。在此，如果所述感测机构是柱形形状的，那么如所提及的那样是有利的。
所述测量设备尤其能够形成光栅。为此，所述测量设备能够具有光源和光探测器，其中所述光源构成为用于产生定向到光探测器上的光束。在这种情况下，所述感测机构以非接触方式起作用，并且由光束的至少一个区域形成。优选地，所述光源和所述光探测器构造为，使得光束的柱形光束区域有效地用作为感测机构。所述控制装置与刀具主轴共同作用，使得所述刀具主轴使刀具围绕刀具轴线旋转，以用于在刀具轴线的设定的相对取向上和设定的相对坐标中进行测量。然后将所述光探测器构成为用于在转动期间探测光束以何种实际转动角被切削刃中断。所述光源尤其能够包括激光器，使得所述测量设备形成激光桥。所述激光器尤其能够产生柱形光束。
附图说明
下面借助附图描述本发明的优选的实施形式，所述附图仅用于阐述并且不应解释为限制性的。在附图中示出：
图1示出具有滚刮齿刀具以及测量装置和滚刮齿机的其他模块的工件和刀具配置的立体图；
图1a示出图1在区域D1中的放大的细节视图；
图2示出具有刀具主轴的竖直的轴线方位的滚刮齿刀具的切削齿的立体图，其中轴向平行的柱形感测面在固定取向上贴靠于所述切削刃；
图3示出在偏斜的轴线方位(类似于在加工时的轴线位置)中的滚刮齿刀具的切削齿的立体图，其中柱形感测面在不同的取向上贴靠于所述切削刃；
图3a示出在图3的平面S1中在接触点m1处的放大剖视图；
图3b示出在图3的平面S2中在接触点m2处的放大剖视图；
图3c示出在图3的平面S3中在接触点m3处的放大剖视图；
图3d示出在图3的平面S4中在接触点m4处的放大剖视图；
图3e示出在图3的平面S5中在接触点m5处的放大剖视图；
图4示出与虚拟刀具接合的虚拟工件的立体图，以用于图解示出柱形感测面的方位；
图4a示出图4在区域D2中的放大的细节视图，其中为了更好地显示弯曲的齿面还绘出面曲线；
图5示出根据图3的切削齿的另一立体图，所述切削齿在起作用的切削刃上的接触点处具有五个测量路径和相关的柱形感测面；
图5a示出根据图5的切削齿的侧视图，所述切削齿具有五个接触点的相关的Z值；
图5b示出根据图5的切削齿的俯视图，所述切削齿具有五个测量路径和相关的角位置；
图6示出根据图3和5的切削齿的另一立体图；
图6a示出在图6的平面S1中在偏斜的轴线方位(类似于加工时的轴线位置)中的示意性剖视图；
图6b示出在图6的平面S1中的示意性剖视图，其中在竖直方位中在接触点m1处具有切向贴靠的激光束；
图6c示出在图6的平面S5中在偏斜的轴线方位(类似于在加工时的轴线位置)中的示意性剖视图；
图6d示出在图6的平面S5中的示意性剖视图，其中在竖直方位中在接触点m5处具有切向贴靠的激光束；
图7示出在测试滚刮齿刀具时竖直设置的激光桥的立体图，以及相应的L/0信号带的示意图；
图7a示出在区域D3中的图7的放大的细节视图，其中示意性地示出L信号和0信号以及刀具的同心度；
图8示出用于示意性地示出在构成有例如75个切削齿的滚刮齿刀具的虚拟接触点处的测量值，其中示意性地示出实际值、所计算出的拟合曲线、切削齿中心、齿距和公差范围；
图9示出具有竖直设置的激光桥和刀具主轴的装置的侧视图；
图9a示出根据图9的具有用于测量的旋转轴线和线性轴线的立体图；
图10示出具有倾斜设置的激光桥和刀具主轴的装置的侧视图；
图10a示出根据图10的立体图；
图11示出具有进行扫描的触觉感测器的装置的立体图；
图11a示出图11在区域D4中的放大的细节视图；
图12示出用于借助在可移动的刀具支架上的滚刮头和在可枢转的工件支架上的两个工件主轴进行滚刮齿的制齿机的立体图，其中所述工件支架承载有测量装置；
图12a示出图12在区域D5中的放大的细节视图；
图13示出具有工件主轴的制齿机的立体图，所述制齿机用于借助在可移动和可枢转的刀具支架上的滚刮头进行滚刮齿，其中测量装置固定地设置在机座上；
图13a示出图13在区域D6中的放大的细节视图；
图14示出用于借助校准芯轴和倾斜设置的激光桥进行校准的立体图；
图14a示出图14的具有在Y方向上的轴线位置的前视图；
图14b示出图14的具有在X方向上的轴线位置的侧视图；和
图15示出用于借助进行扫描的触觉感测器对工件进行后处理测量的装置的立体图。
具体实施方式
适用于正齿轮的术语和齿部几何形状在标准DIN ISO 21771：2014-08中确定并且在本文献中与该标准一致地进行理解。
在附图中分别示意性地和放大地示出根据本发明的方法的实施形式。在所有附图中，对于相同的或同类的面、轴线、角度或另外的元件使用一致的附图标记。虚拟对象，如虚拟刀具、虚拟工件等用字母“v”表示，所述字母附加在用于相应的实际对象的附图标记之后。关于附图的描述通常涉及对外齿部进行滚刮齿。类似的考虑适用于对内齿部进行滚刮齿。
根据本发明的方法的实施例在下文中尤其借助于实际滚刮齿刀具1和虚拟滚刮齿刀具1v来阐述。所述滚刮齿刀具1或1v是齿轮形的并且具有多个切削齿14(例如参见图2)，所述切削齿在刀具的端侧的区域中分别形成倒圆的切削刃。要指出的是，在附图中以高度简化的方式示出所述刀具。下述考虑能够应用于任意的滚刮齿刀具，也包括具有阶梯式磨片或其它几何构型的这样的滚刮齿刀具。
图1示例性地示出现代CNC滚刮齿机22的所选择的元件的立体图。为了描述滚刮齿机中的方向使用直角坐标系K，其定义了方向X、Y和Z。所述坐标系的原点位于工件中心或工件轴线C上。CNC控制装置8用于操控机床轴线A、B、C、X、Y和Z。控制面板9形成CNC控制装置8的操作人员的界面。
所述机床限定了工作空间20。所述机床包括机座6。在本示例中，在此，工件主轴4设置在具有沿Y方向的位移的、CNC控制的进给滑架5上。工件3借助于视图上未示出的夹紧机构夹紧在工件主轴4上。所述工件主轴4可围绕工件轴线C转动，其中在本示例中，所述工件轴线竖直地伸展。啮合探针7用于以非接触的方式确定工件3的齿槽围绕工件轴线C的角位，以便使工件3以不发生碰撞的方式并入滚刮齿刀具1中。
所述滚刮齿刀具1安装在工件主轴2上并且能够围绕刀具轴线B转动。所述刀具轴线B还能够以轴线A相对于竖直线枢转刀具主偏角∑，其中在本示例中，所述枢转轴线A平行于X轴线伸展。为此，所述机床22能够以已知的方式具有未图示出的刀具支架，所述刀具支架具有可枢转地固定在其上的枢转体，刀具主轴2又被固定在该枢转体上。所述刀具主轴2借助于未示出的滑架(在下文中也称为机床轴线)沿着方向X和Z相对于机座6移动。如果替选地，所述CNC滚刮齿机22配备有位置固定的工件主轴4，那么刀具主轴2也能够沿Y方向移动。
机床22还具有激光桥11。所述激光桥包括呈激光器形式的光源以及光探测器，所述激光器产生竖直(沿Z方向)伸展的激光束，所述光探测器检测由对象引起的激光束中断。所述激光束相对于工件轴线C具有一定间距地伸展，其中所述激光束沿着X轴线相对于工件轴线C间隔开量值xm，并且沿着Y轴线相对于工件轴线C间隔开量值ym。在本示例中，所述激光桥11固定地设置在机座6的可移动的进给滑架5上。用于测量所需的所有运动均通过旋转和平移机床轴线A、B、X、Y和Z实施。尤其，从用于加工所述工件3的轴线位置开始，所述刀具主轴2沿着平移轴线X和Z移动，并且通过围绕枢转轴线A枢转以适宜的取向进入角位置∑1中。然后，通过移动Y滑架5，将间隔开的激光桥11移动到用于测量滚刮齿刀具1的轴线位置中。如果所述激光桥11替选地以位置固定的方式设置在机座6上，那么所有平移轴线X、Y和Z与刀具主轴2相关联。
在激光桥11的这种固定设置的一个非常简化的实施方案中，仅一个线性轴线可以用于线性定位所述刀具1。在此，X轴线会使刀具1远离工件3移动到用于测量的轴线位置中。在使用具有柱形激光束12的激光桥11时，Z轴线将不是强制性必需的，但是在省去Z轴线的情况下将会引起精度降低。而放弃Y轴线将部分地限制下文描述的测量方法。
测量桥11和刀具1的相对定位和定向也能够以不同于上述的方式实现。
附加地，在图1中示出具有测量位置Mp的虚拟刀具lv。下面结合图1a更详细地阐述虚拟刀具1v的重要性。
图1a示出激光桥11在区域D1中的放大的细节视图，所述激光桥具有倾斜设置的虚拟刀具lv以及具有虚拟工件3v，所述虚拟工件与虚拟滚刮齿刀具1v滚动接合。在图1a中同样绘出多个参考平面Mxy、Mxz、Myz和Bxy。在此，参考平面Mxy、Mxz、Myz限定激光桥11的方位和取向。尤其，在本示例中，参考平面Mxz包含激光束12并且伸展穿过激光桥的壳体。所述参考平面Myz同样包含激光束12并且正交于参考平面Mxy伸展。所述参考平面Mxy水平地且正交于两个竖直的参考平面Mxz和Myz伸展。所述参考平面限定激光桥的中心。所述测量位置Mp位于平面Mxy、Mxz、Myz的共同的交点处。所述参考平面Bxy正交于刀具轴线B伸展并且代表虚拟刀具1v的正剖面，其中所述正剖面伸展穿过虚拟刀具1v的切削刃。
虚拟刀具1v和虚拟工件3v彼此滚动接合。所述虚拟工件3v具有预设的期望齿面几何形状。所述虚拟刀具1V具有多个虚拟切削齿，如其示例性地在附图2、3、5和6中所示。每个切削齿限定倒圆的虚拟切削刃。所述虚拟切削刃设计为，使得其通过刀具1v与工件3v的滚动运动精确地生成工件3v的预设的期望齿面几何形状。所述虚拟刀具1v和虚拟工件3v在任意预设的齿面上在滚动运动的任一时间点最多在唯一的虚拟接触点处进行接触。在滚动运动过程中，所述接触从在倒圆的切削刃上的接触点到接触点转为从切削齿的齿根到齿顶，或者反之亦然。由于虚拟刀具1v的转动运动，虚拟接合线描述了复杂的空间曲线。如果所述刀具设计是已知的，那么虚拟接合点在空间中的方位能够容易地根据所考虑的虚拟刀具1v的虚拟接触点计算得出。
虚拟工件3v和虚拟刀具1v在图1a中定向和定位成，使得所述激光束12基本上平行于虚拟工件3v的齿面之一沿着其螺旋角定向并且精确地伸展穿过虚拟接合点，更确切地说在虚拟刀具1v的虚拟接触点与虚拟工件3v接触并且与虚拟接合点重合的滚动位置中伸展。激光束12因此在图1a中伸展穿过虚拟刀具1v的切削刃上的一个点，在该点处所述切削刃接触所述虚拟工件3v的齿面，更确切地说切向于虚拟工件3v的齿面在其虚拟接触点处并且切向于虚拟刀具1v的切削刃在其虚拟接触点处接触。为此所需的虚拟刀具1v的定向和位置与沿着切削刃的每个虚拟接触点相关。因此，在切削齿的齿根附近的虚拟接触点需要虚拟刀具1v的与在齿顶附近的虚拟接触点不同的定向和定位。对于切削刃上的每个虚拟接触点，能够容易地计算出虚拟刀具1v的所需的定向和位置。
为了在实际刀具1上进行测量，现在将实际刀具精确地置于虚拟刀具1v在图1a中所处于的位置和取向中。现在，所述实际刀具围绕刀具轴线B转动并且观察所述实际刀具的切削齿在那些转动角的情况下中断所述激光束12。如果所述实际刀具1的切削刃几何形状与在所选择的接触点处实际刀具1的切削刃几何形状不相符，那么这样确定的转动角偏离于虚拟刀具1v将会中断激光束的那些转动角。所述偏差是用于实际切削刃几何形状与在所选择的虚拟接触点处虚拟切削刃几何形状的偏差的量。
现在对于沿着虚拟刀具1v的切削刃的另外的虚拟接触点重复所述测量。
在测量期间，当从转动的刀具开始观察，所述激光束12在参考平面Bxy中分别描绘出圆形轨迹。圆形轨迹的半径与虚拟刀具1v的切削刃上的虚拟接触点相关。对于在切削齿的齿根上的虚拟接触点，所述半径小于对于在齿顶上的虚拟接触点。相应的圆形轨迹在下面称为测量路径。在图1a中绘出所述测量路径之一并且设有标号R3。在实践中，以不同的半径执行对于至少五个测量路径的测量，其中所述接触点限定相应的测量路径的不同的半径。对于测量路径的每个接触点或每个半径，在刀具1和激光桥11之间的另一相对位置中进行测量。所述位置在此恰好选择为，使得所述测量在切削刃的下述部位处进行，在所述部位处所述切削刃也在实际的加工时起作用，即在加工期间的接触点处。因此避免了测量误差，如果对于切削刃上的不同的虚拟接触点简单地始终以相同的取向测量刀具，那么会产生测量误差。这在下文中借助图2和3详细阐述。
在图2中示出滚刮齿刀具1的单个切削齿14连同刀具主轴2的竖直的轴线方位B，其中所述切削齿已根据刀具设计精确地制造。所述切削齿14具有左侧的切削刃28和右侧的切削刃29。在前刀面18和切削刃之间分别构成前刀面倒棱19。借助图2阐述一种不根据本发明的方法，其中在切削刃上进行测量，而不考虑接触点在切削刃上的走向。在图2的方法中，对于沿着切削刃的所有位置，始终在刀具1和激光束12之间的相同的相对取向上进行测量。为此，在图2中的激光束12被理解为柱形感测面并且根据在刀具1和激光束之间的相对位置称为T1至T5。在该方法中，柱形感测面T1至T5始终平行于刀具轴线B，而与在相应的切削刃上要测量的位置无关。当现在所述刀具旋转穿过所述激光束时，所述激光束或所述感测面相对于刀具描述圆形轨迹R1至R5。在此，所述切削刃28始终在其最外的棱边处，意即朝向邻接的后刀面的棱边16处，中断所述激光束，并且也仅在其最外的棱边处再次释放所述激光束。然而，切削刃28中断所述激光束的点并不对应于在工件加工时在切削刃与工件之间的实际接触点：所述实际接触点由于刀具和工件的偏斜设置通常远离倒圆的切削刃上的后刀面。从图2中可见，由于所述偏差可能会产生测量误差。因为半径通常位于微米范围内，因此通过这种常规方法产生在微米范围内的测量误差，其中切削刃以所述半径被倒圆。
下面借助于图3和图3a至3e详细阐述根据本发明的方法。在图3中再次示出切削齿14，所述切削齿已根据刀具设计精确地制造，然而以角度Σ倾斜取向。在所述齿14的左侧的切削刃28(下文也简化地统称为切削刃S)上绘出接触点m1至m5，在所述接触点处，在工件加工期间的切削刃将接触完成加工的工件的齿面，其中接触点m1至m5中的每个接触点对应于在刀具和工件之间的不同的滚动角。所述接触点m1至m5能够很容易地从刀具设计中计算得出。所述接触点位于在倒圆的切削刃上伸展的轨迹上。拟合曲线17形成所述接触点m1至m5的连接。可看出，所述轨迹明显偏离于图2中的棱边16。
根据本发明的方法考虑了所述偏差。所述刀具轴线为此对于每个接触点m1至m5分别以不同的角度Σ相对于竖直线倾斜，使得所述激光束12或柱形感测面T1至T5分别在相关的接触点m1至m5处切向地接触切削刃。对此所需的角度Σ的值同样能够根据刀具设计很容易地计算得出。以这种方式，通过测量能够精确地确定切削刃沿着接触点的轨迹的几何形状。在此适用：所述切削刃的面法线在相应的接触点m1至m5处始终铅垂于工件的已加工的齿面，并且所述激光束或柱形感测面T1至T5相应地始终与所述铅垂线成直角。
图3a至3e以在平面S1至S5中放大的剖面示意性地示出接触点m1至m5处的几何关系。代表图3a至图3d，在图3e中示出在此相关的所有附图标记(接触点m5、半径r5、前刀面18、前刀面倒棱19、接触点的空间运动轨迹24、在切削刃上的铅垂线32)。可看出，所述接触点m1至m5的在弯曲部上的方位如何在从接触点到接触点变化，以及柱形感测面T1至T5的与其相切的方向如何相对于刀具轴线B相应地变化。如果要测量倒圆的右侧的虚拟切削刃29，那么在已改变的轴线位置上类似地进行另一轮测量。
在图4和图4a中示出由虚拟刀具1v加工的虚拟工件3v。所述虚拟工件3v对应于用虚拟刀具1v完成加工的工件。借助所述视图，将再次阐述在此是感测面T3或激光束12的柱形感测面在空间中的方位。所述虚拟刀具1v的刀具轴线B以角度Σ3向内枢转到其测量位置中。所述虚拟刀具1v的右侧切削刃29在接触点m3处接触所述虚拟工件3v的弯曲的齿面Cz。所述弯曲部在此由面曲线13表示。所述感测面T3或激光束12现在伸展为，使得所述感测面T3在与接触点m3相关的切向平面Ct中位于弯曲的齿面Cz上，并且沿齿面方向，意即沿螺旋角的方向(此处通过角β3表示)定向。
在图5、5a和5b中示出具有五个接触点m1至m5、与其相关的五个测量路径R1至R5以及与其相关的五个柱形感测面T1至T5的切削齿14的各种视图。图5示出了类似于图3的立体图。图5a示出了所述切削齿14的侧视图。可看出，各个接触点m1至m5沿着Z轴线分别具有不同的位置Z1至Z5。因此，所述接触点不位于垂直于Z轴线的共同的平面中。因此，对于在不同的接触点m1至m5处的测量必须分别改变刀具的Z位置。
图5b示出切削齿14的俯视图。如果具有切削齿14的滚刮齿刀具1例如在测量路径R1上移动经过柱形感测面T1，那么可以确定所述转动角Φ1，在该角度下所述切削刃在接触点m1处与感测面T1接触，其方式为：确定激光桥的0信号。类似地，对于另外的测量路径R2至R5，检测转动角Φ2至Φ5，其中柱形感测面T2至T5分别具有相对于刀具轴线B改变的角位。对所述转动角的检测能够实现对切削刃S上的接触点的精确成像。
在图6中再次类似于图3示出切削齿14的立体图，其中仅绘出两个接触点m1和m5以及相关的剖面平面S1和S5以及相关的感测面T1和T5。所述感测面又再能够通过激光束12来实现。图6a至6d示意性地示出在平面S1和S5中穿过切削齿14的剖面，其中以下阐述适用：
-图6a在平面S1中示出在用于加工的轴线位置中的剖面，而图6b示出在用于测量接触点m1的轴线位置中的剖面。
-图6c在平面S5中示出在用于加工的轴线位置中的剖面，而图6d示出在用于测量接触点m5的轴线位置中的剖面。
-在用于测量的相关的轴线设置中，柱形感测面T1和T5始终在空间上固定和竖直地设置。
为了将刀具从用于加工的轴线位置带至用于测量的第一接触点m1的轴线位置并且将其相对于柱形感测面定向，使用现有的机床轴线。为此刀具主轴2移动，并且根据本发明的实施方案，所述工件主轴4也借助于平移轴线X和Y移动至测量位置Mp。在此，所述刀具主轴2最初仍处于原始的主偏角Σ中。借助于另一轴线Z，在切削齿14上的第一接触点m1在水平平面Mxy的高度上被带到激光束12的中心处(参见图1a)。在需要时，为此再次使用X和Y轴线。在将轴线定向以用于测量时，所述刀具主轴2借助于枢转轴线A枢转到新的主偏角Σ1中，其中至今的刀具主偏角Σ以螺旋角β1在接触点m1处被校正。因此，设定值从用于加工的轴线位置在所选择的接触点处转换到用于测量的轴线位置中。在向内枢转到刀具主偏角Σ1之后，所述刀具主轴2以限定的转速nB进行至少一整圈主轴旋转，并且检测到转动角Φ，所述激光束以该转动角被切削刃中断。在第一次测量之后，将刀具主轴2移至要在下一接触点m2处测量的轴线位置中，并且类似地重复该流程，直至在接触点m5处进行测量。所述测量的顺序也能够相反地进行。在测量了切削刃的一侧上的接触点之后，类似地测量切削刃的另一侧上的接触点。为此，能够使用刀具主轴2的相同或改变的转动方向。
借助非接触式工作的激光束12，能够在测量时毫无问题地使用大于60U/min的主轴转速nB。因此，能够在少于5至10秒的时间内对至少五个测量路径R1至R5进行完整测量。在正常情况下，在五轮测量之后，记录足够多的测量值并且将其以表格形式存储在CNC控制装置8中。从现在起，能够根据需要借助在测量技术中常用的方法来评估所述值。在需要时，能够提高测量轮数。在本示例中，所述激光束12或感测面T1至T5竖直地设置。但是替代于此，所述激光束也能够在空间中具有每个任意其它的取向。在不同地设置的激光束或不同地设置的感测面的情况下，将设定值从用于加工的轴线位置类似地转换到分别与要测量的接触点相关的用于测量的轴线位置中。
在图7中示出具有竖直的激光束12的测量装置11，其中虚拟滚刮齿刀具1v以接触点m3处于测量位置Mp上。在此，所述虚拟滚刮齿刀具1v也能够理解为在剖面平面Bxy中的实际刀具1的简化显示。主轴轴线B或正剖面平面Bxy以前述刀具主偏角Σ3向内枢转。所述测量位置Mp位于平面Mxy、Mxz和Myz的固定的交点处。同样示出虚拟工件3v，所述虚拟工件与虚拟滚刮齿刀具1v滚动接合，其中所述激光束12在共同的接触点m3处切向地接触齿面Cz。所述虚拟工件3v纯用于视觉阐述而示出。
所述虚拟滚刮齿刀具1v以主轴转速nB旋转经过激光束12，其中每个切削齿14交替地生成L信号26和0信号27。所述切削齿14中断所述激光束12，其中生成0信号27。所述激光束12再次在齿槽中被释放，并且生成L信号26。在L信号26的情况下和在0信号27的情况下都检测CNC刀具主轴B的相应的角位置。在此要注意的是，在第一轮测量中，对于例如右侧的切削刃29，仅评估0信号27并且将其以表格形式存储在CNC控制装置8中。在第二轮测量中，如果刀具主轴B的转动方向相同，但是对于左侧的切削刃已改变轴线位置，那么仅评估L信号并且将其同样以表格形式存储。在CNC控制装置8中将测量值与每个测量路径相关联，并且在图8中示意性地示出可能的最终结果。此外在图7a中在枢转远离所述激光束的第一切削齿14处示出：借助所述第一次测量，能够借助于L/0信号限定在偏斜位置中的第一切削齿中心15。如果将所述中心15用作参考值，那么所述刀具主轴B的后续的角位置能够参考该值。
在此足够的是，仅在一个测量路径R3中确定每个单独的切削齿中心15进而从中形成平均值。如果所述平均值位于限定的公差范围Δ内，那么能够毫不犹豫地开始加工。在仅一个测量路径中的测量对于同心度R的测量也是足够的，其中所述同心度测量类似于对切削齿中心的检测来进行。然而，为了检测切削齿14的切削刃形状，需要在多个，优选至少五个测量路径R1至R5中进行测量。
在齿形刀具1v上的L/0信号也能够示意性地作为线性L/0信号带25示出。在刀具1v上存在75个切削齿z1至z75时，也会产生75次L和0信号。因此，尤其在控制面板9的屏幕上能够在视觉上非常好地示出所测量到的偏差。
在图7a中示出在接触点m3处在区域D3中的放大的细节视图。为了阐述，在所述视图中示例性地示出切削刃28、29、30和31。此外示出：虚拟刀具1v、激光束12、切削齿14、在偏斜位置中的切削齿中心15、L和0信号26和27、接触点m3、测量位置Mp、同心度R、测量路径R3和齿距角τ。
在图8中对于每个测量路径R1至R5示意性地示出L/0信号的角位置Φ。如已经提到的，所述角位置能够存储在CNC控制装置8中、在控制面板9的屏幕上显示并且能够根据需要用于不同的测量任务。借助于用于平差计算的标准数学方法，能够借助最小二乘法例如以相对简单和快速的方式确定同心度R、切削齿中心15和/或齿距角τ。为了检测立体切削刃S，运行多个，优选至少五个测量路径R1至R5。然后同样能够借助最小二乘法从测量值中确定切削刃S的具有拟合曲线17的几何形状。然后能够与预先计算出的理想切削刃21进行比较。为了检查测量结果，能够在最短时间内运行另一测量路径。预设的公差带(公差裕量Δ)用虚线表示。
图9、9a、10和10a图解示出：所述激光桥11非强制性必须竖直地定向。在图9和9a中，所述激光桥如前所述定向为，使得所述激光束12竖直地、平行于Z轴线伸展。如果所述激光束12是精确柱形的，或者如果所述激光束12的在测量时起作用的区域是精确柱形的，那么在所述设置中所述工件1沿着Z轴线的精确位置并不重要。因此，不需要在Z方向上的精确定位。尤其，所述刀具1为了测量不必须位于图1a中的参考平面Mxy中。而在图10和10a中，所述激光桥11从竖直线向外围绕Y轴线以角度δ倾斜。因此降低了激光桥11与刀具主轴2的刀架或刀柄发生碰撞的风险。但是，所述激光束12现在不再平行于Z轴线伸展。因此，所述刀具主轴2必须在测量期间关于Z方向定位为，使得要测量的接触点在虚拟切削刃上恰好位于参考平面Mxy中。因此，在激光束12定向时，所述刀具沿着Z方向的精确定位是必要的。
替选地，在图11中示出借助于触觉感测器23对滚刮齿刀具1v进行测量。在此优选地，对所述切削齿14进行扫描。由于接触式测量，在测量期间自由地转动所述滚刮齿刀具1v是不可能的。在扫描过程中，CNC轴线A、B和X同步地且相对缓慢地运动。不必必须移动所述Z轴线。在需要时，也能够仍以同步的方式接入Y轴线。在实践中，能够在至少三个切削齿14处测出相应的测量曲线21。在此，感测器23同样使用具有柱形感测面T1的柱形感测针。
在图11a中示出在图11的区域D4中触觉感测器23的柱形感测面T1在要扫描的切削齿14上的接合。在所述扫描时，所述触觉感测器23的柱形感测面T1同样切向地在滚刮齿刀具1v的倒圆的切削刃S上使用。但是在此，代替L/0信号，产生关于围绕刀具轴线B的相关的角位Φ的经扫描的测量值21。
图12和13示出激光桥11在滚刮齿机上的可能的设置，所述滚刮齿机安装在常规的制齿机的平台上。
图12图解示出滚刮齿机的一个变型形式，其中呈激光桥11形式的测量设备设置在呈工件支架33形式的可运动的支架上。所述工件支架33能够围绕竖直轴线C*枢转到多个位置中。在US 6,565,418 B1中公开了一种具有这种可运动的工件支架的机床设计方案。工件主轴4同样以关于枢转方向相对于激光桥错开(在本示例中错开90°)的方式设置在工件支架33上。通过所述工件支架围绕轴线C*枢转，能够将所述工件主轴4或激光桥11选择性地带到其与刀具1相互作用的位置中。所述工件支架能够承载有第二工件主轴(未以图示的方式示出)，所述第二工件主轴以相对于第一工件主轴错开180°的方式设置。在图12的视图中，所述第二工件主轴位于所述工件支架的后侧上。以这种方式，能够在工件主轴之一上进行加工，而在另一工件主轴上能够用要新加工的工件来代替完成加工的工件。因此避免了无效的非生产时间。在所述机床设计方案中，所述刀具主轴2安置在可运动的滚刮头35中，所述滚刮头35设置在刀具支架34上，所述刀具支架可移动地位于机座6上。
在图12a中示出在图12中在区域D5中的放大的局部。如从所述局部中可看出，在本示例中，所述激光桥11的激光束12不是竖直定向的，而是优选相对于竖直线成倾斜角δ。因而实现：所述激光桥11能够保留在工件支架33的轮廓内，由此使得工作空间的密封更容易。
滚刮齿机的另一种变型形式在图13中示出。所述滚刮齿机基于如在US 5,857,894中公开的机床设计方案。在所述实施形式中，所述激光桥11以位置固定的方式设置在机座6上，并且用于测量所需的运动通过可移动和可枢转的刀具支架34实施。在所述机床设计方案中，所述刀具主轴2安置在可运动的滚刮头35中，所述可运动的滚刮头设置在位于机座6上的所述刀具支架34上。所述刀具支架34能够围绕竖直轴线C*在未示出的加工位置和在图13中示出的测量位置之间枢转。在所述加工位置中，所述刀具1设置为，使得其能够与工件3相互作用，以便加工所述工件。而在测量位置中，所述刀具1设置为，使得其能够与呈激光桥11形式的测量设备共同作用。在本示例中，在加工位置和测量位置之间的枢转角为180°。但是显然也可设想其它枢转角度。
在图13a中示出在图13中的在区域D6中的放大的局部。如从所述局部中可看出，在本示例中，所述激光桥11的激光束12也不是竖直定向的，而是相对于竖直线呈角度δ。但是也可设想激光桥11位置固定的、竖直的设置。
在制齿机22中的用于硬加工的自动刀具测量装置需要在所描述的由刀具1和在测量位置Mp中的测量装置构成的作用对之间的高精度的相对运动。通常，在另一由刀具1和工件3构成的作用对之间的现有的相对运动已经具有在微米范围中或对于旋转轴线在角秒范围中的高的基本几何精度。为了可靠地确保在滚刮齿机22的工作空间中的高精度的测量，所述测量位置Mp应在每次加工开始时以及在需要时也应在加工期间自动校准。下面借助图14、14a和14b阐述对此的可能的方式。
图14示出在未示出的滚刮齿机22中的校准心轴36，其具有用于轴线X、Y和Z的坐标系。具有限定的高度h(参见图14a)和限定的校准直径
Figure GDA0003337793910000221
(参见图14b)的所述校准心轴36由未示出的刀具主轴2容纳，并且移到在位置Z1*上的校准平面EK中。所述激光桥11的测量位置Mp也位于该平面中。因此，如果在图14a中首先使校准心轴36从适宜的X位置开始并且以Y轴线朝向测量位置Mp的方向运动时，那么该校准心轴的校准直径
Figure GDA0003337793910000231
与激光束12相交，并且所述激光束被遮蔽。在此，在所述激光桥11中产生0信号27，该信号在CNC控制装置8中被标记为Y位置Y1*.0。如果所述Y轴线进一步移动，那么校准直径
Figure GDA0003337793910000232
释放激光束12，并且在此类似于0信号27生成L信号26，该信号在CNC控制装置8中被标记为Y位置Y1*.L。在两个Y位置之间的中心借助于CNC控制装置8限定作为在激光束12和工件轴线C之间的间距ym。但是，对于测量点Mp的高精度校准，这尚不足够。还必须检测或设定激光束12在平面Y-Z中的精确的角位ε。
在本发明的范围内，对滚刮齿刀具1的测量能够在每个任意的角位ε中进行，其中当然优选使用竖直方位。因此，在较高的Z位置Z2*上进行第二校准步骤是有意义的，其中以类似的方式标记和评估Y位置Y2*.0和Y2*.L。在更高的精度要求下，还能够在另外的Z位置中执行校准步骤。所述CNC控制装置8能够借助这些值高度精确地确定角位ε。如果在沿Y方向进行校准的情况下所述激光束12不与校准直径
Figure GDA0003337793910000234
相交，那么必须沿X方向进行进给。
沿X方向进行在校准时的下一步骤，以确定间距xm和角位δ，在图14b中示出。因为在前面的用于校准的步骤中已经确定激光束12距刀具轴线C的ym间距，所以具有刀具主轴2的Y轴线能够将旋转对称的校准心轴36移动到该位置上。在开始时，所述刀具主轴2处于X轴线的零位和校准平面EK的Z1*位置上。从现在起，所述刀具主轴2使校准心轴36沿X方向向前移动，直至校准直径
Figure GDA0003337793910000233
与激光束12相交，并且在此根据上文的描述，生成0信号27，该信号在CNC控制装置8中标记为X位置X1*.0进而限定了激光束与工件轴线C的xm间距。借助在高度Z2*处的类似的校准过程，能够确定在平面XZ中的倾斜-主偏角δ。
因此，在每次校准过程之后，能够将校准间距ym和xm以及用于测量位置Mp的相关的角位δ和ε存储在CMC控制装置8中，并且将其用于进一步的测量。
但是，对所述校准过程的描述也示出，滚刮齿刀具1在校准平面EK中的优选的测量在很大程度上与角度误差无关，进而也能够有利地在精确柱形激光束12的情况下使用。
图15图解示出借助于扫描的感测器10在被刮齿的工件3上的可选的后处理测量，所述感测器能够优选地设置在刀具主轴2上。所述测量例如根据常规的基圆测量在至少三个齿槽中进行。根据测量结果，在需要时，执行用于工件加工的设定值的进一步的校正。借此能够实现最佳的质量保证。
在所有当前的视图中极其示意地示出所述刀具。此外，在上述附图中的刀具中，所有切削齿的前刀面都位于共同的平面中。然而，上述考虑不限于所示出的刀具，而是能够用于任意的滚刮齿刀具，甚至是具有阶梯式磨片或其它几何构型的滚刮齿刀具或其它齿轮状刀具。
总体上，在此提出的方法能够实现以下优点：
-在开始加工时和加工期间借助于激光桥11进行非接触式的、快速且高精度的过程中测量，其中所有测量值都存储在所述控制装置中。
-通过连续地比较当前的测量值与初始值，能够识别出在切削刃处的量变化，例如磨损V(参见图6b)。
-直接检测具有拟合曲线17的空间作用的、倒圆的切削刃S，所述拟合曲线在滚刮齿加工时通过其包络截面在被刮齿的工件3上产生进而也限定最终的齿面。
-在加工一系列工件时，能够通过精确测量起作用的切削刃而明显减少耗费时间地寻找滚刮齿机的CNC轴线的适宜的设定值，其中很大程度上避免因方法引起的次品。
总之，在此提出的方法具有以下特征：
-为了测量能够使用柱形感测面，所述柱形感测面切向地贴靠在倒圆的切削刃上。
-柱形感测面设置为，使得其在工件的弯曲的齿面上在相应接触点处位于相关的切向平面中，并且在此优选朝向相应的螺旋角的方向定向。
-优选将精确圆形的、柱形的、高精度的激光束用作柱形感测面。具有柱形感测插入件的触觉测量感测器也能够用于本发明的其它实现形式的示例。然而，在此不利的是长的测量时间、触觉扫描和耗费的信号处理。
-因此，进行测量的激光束位于工件的弯曲齿面上的相应的接触点的切向平面中并且必须在测量时在其它接触点处向内枢转到相关的螺旋角中。在齿面上的逐点的螺旋角随着齿高的增加而增大。所述激光束的定向以及还有相应的测量装置的设定由所述螺旋角和刀具主偏角确定，其中对于激光束，总计需要约0至90°之间的可调节的角度范围。
-在实践中，如果具有激光束的测量装置必须实施所述运动，那么在成本方面是相当不利的。因此，能够以有利的方式将激光束基本上固定地并且竖直地设置在滚刮齿机的工作空间中，并且代替于此能够通过刀具主轴的现有的CNC枢转装置来实现对激光束与刀具轴线之间的定向的设定。相应地，也能够实现由现有的CNC轴线X、Y和Z来实现线性进给。为此，应根据测量位置计算机床设定值。此外有利的是，将基本上固定的测量位置与工件位置间隔开地设置，以便存在用于定位具有刀具的刀具主轴的足够的无碰撞的空间。
-那么，借助于固定地设置的激光束能够在旋转的滚刮齿刀具上在倒圆的齿状切削刃的区域内在限定的转速下对多个，优选至少五个径向的测量路径进行扫描，其中每个测量路径均在刀具主偏角的固定设定的值下运行。通过沿轴线X、Y、Z、A和B进行线性和旋转的进给，每个齿面相应计算出的接触点都定位在激光束处的测量位置中。借助激光束能够通过在齿状的刀具转动时的交替中断非常容易地生成L/0信号。在对切削刃侧进行测量之后，能够类似地、但是以改变的设定值测量其它切削刃侧。
-如果现在使刀具上的切削齿在测量轨迹上运动经过激光束，那么其能够简单地借助于L/0信号识别所述接触点，并且能够检测旋转的CNC刀具主轴的相应的角度值。所述角度值和用于径向的测量路径的设定值能够以表格形式存储在CNC控制装置中并且然后用于各种不同的齿部典型测量。
上文借助示例阐述了在此提出的方法，其中柱形感测面(例如呈激光束的形式)切向地扫描所述切削刃。在此，一个重要方面是，分别计算在虚拟切削刃上的虚拟接触点，并且在切削刃和测量设备之间的取向和平移位置中进行测量，所述测量与虚拟接触点在切削刃上的方位相关。在此，也能够实现上述优点中的至少一部分，其方式为：使用非柱形形状的感测面。例如能够设想的是，使用聚焦到接触点上的激光束。也能够设想的是，使用非柱形的、实体感测机构，例如呈球形式。
此外也能够实现所提及的优点中的至少一部分，其方式为：不进行切向扫描，而是以其它方式测量所述切削刃，例如通过借助于三角测量法进行的间距测量或3D扫描测量。就此而言，上文提出的方法不限于借助于柱形感测面进行的切向扫描。
附图标记列表
1 滚刮齿刀具
1v 虚拟滚刮齿刀具
2 刀具主轴
3 工件，齿轮
3v 虚拟工件
4 工件主轴
5 进给滑架
6 机座
7 啮合探针
8 CNC控制装置
9 控制面板
10 进行扫描的测量感测器
11 激光桥
12 激光束
13 面曲线
14 切削齿
15 切削齿中心
16 在过渡部处的棱边，至后刀面的切削刃半径
17 拟合曲线
18 前刀面
19 前刀面倒棱
20 滚刮齿机的工作空间
21 被扫描的测量曲线，测量值
22 滚刮齿机，制齿机
23 触觉测量感测器
24 接触点的运动轨迹
25 L/0信号带
26 L信号
27 0信号
28 切削刃，左侧
29 切削刃，右侧
30 在根部处的切削刃
31 在顶部处的切削刃
32 在切削刃处的铅垂线
33 工件支架
34 刀具支架
35 滚刮头
36 校准芯轴
37 切削刃坯件
A 刀具主轴的枢转轴线
B 刀具轴线
Bxy 在正剖面中的刀具参考平面
C 工件轴线
Ct 在刀具与工件的接触点处的切向平面
Cz 在工件上的齿面
C* 刀具支架的枢转轴线
C** 工件支架的枢转轴线
D1至D6 附图中的细节区域
Figure GDA0003337793910000281
在校准芯轴处的校准直径
EK 在位置Z1*上的校准平面
h 在校准芯轴处的高度
K 沿工件轴线C具有X和Y原点的机床坐标系
Mp 测量位置
Mxz 沿X方向穿过激光束的中心的竖直平面
Myz 沿Y方向穿过激光束的中心的竖直平面
Mxy 激光桥的水平的中心平面
m1至m5 在切削刃上的虚拟接触点
nB 刀具主轴的转速
R 滚刮齿刀具的同心度
R1至R5 在滚刮齿刀具上测量路径的半径
r1至r5 在切削刃上的半径
S 虚拟切削刃
S1至S5 在切削齿上的剖面，垂直于前刀面且与拟合曲线成直角的剖面
T1至T5 切向地贴靠在倒圆的切削刃上的柱形感测面
V 在切削刃上的磨损
X 平移的CNC轴线
X1*.0 在校准平面EK上校准时的X位置
X2*.0 在Z位置Z2*上校准时的X位置
Xm 激光束距工件轴线的X间距
Y 平移的CNC轴线
Y1*.0 在校准平面EK上校准时在激光桥上具有0信号的Y位置
Y1*.L 在校准平面EK上校准时在激光桥上具有L信号的Y位置
Y2*.0 在Z位置Z2*上上校准时在激光桥上具有0信号的Y位置
Y2*.L 在Z位置Z2*上上校准时在激光桥上具有L信号的Y位置
Ym 激光束距工件轴线的Y间距
Z 平移的CNC轴线
Z1* 在校准平面EK上校准时的Z位置
Z2* 在校准时的Z位置；提高的
Z1至Z5 在刀具上的接触点的Z高度，关于切削齿中心15
z1至z75 刀具的齿号，例如z75
β 在节圆处的螺旋角
β1至β5 在不同的齿高下的工件齿面的螺旋角
δ 在X方向上相对于工件主轴的旋转轴线的激光束倾斜-主偏角
ε 在Y方向上相对于工件主轴的旋转轴线的激光束角位
Δ 公差范围
Σ 在用于加工的轴线位置中的刀具主偏角
Σ1至Σ5 在用于测量的轴线位置中的刀具主偏角
τ 齿距角
Φ1至Φ5 CNC刀具主轴的角位置

Claims (27)

1.一种用于测量对有齿的工件(3)进行滚动加工的刀具(1)的方法，其中所述刀具(1)能够围绕刀具轴线(B)转动并且具有多个切削齿(14)，其中所述切削齿(14)中的每个切削齿形成实际切削刃，并且其中利用测量设备(11；23)实施所述方法，
其特征在于，所述方法具有：
(a)计算在虚拟刀具(1v)的虚拟切削刃(S)上的虚拟接触点(m1至m5)，其中所述虚拟切削刃沿着切削刃纵向方向延伸并且横向于所述切削刃纵向方向具有倒圆部；
(b)基于所计算出的虚拟接触点(m1至m5)来计算在所述刀具轴线(B)与所述测量设备(11；23)之间的相对取向(Σ1至Σ5)以及在所述刀具(1)与所述测量设备(11；23)之间的平移的相对位置；
(c)设定在所述刀具轴线(B)与所述测量设备(11；23)之间的所计算出的相对取向以及在所述刀具(1)与所述测量设备(11；23)之间的所计算出的相对位置；和
(d)在所设定的相对取向和相对位置中执行对所述刀具(1)的切削齿(14)中的至少一个切削齿的实际切削刃的测量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中对于沿着所述虚拟切削刃(S)的多个虚拟接触点(m1至m5)执行上述步骤(a)至(d)。
3.根据权利要求2所述的方法，其中从对于在同一实际切削刃上的不同的接触点已经确定的测量结果中计算出用于描述所述实际切削刃的拟合曲线(17)。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中从对于在同一实际切削刃上的不同的接触点已经确定的测量结果中确定下述参数中的至少一个：
-借助所述实际切削刃制成的齿面与借助所述虚拟切削刃制成的虚拟齿面的型廓的偏差的至少一个量；
-在所述滚动加工期间所述实际切削刃的变化的至少一个量。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中对于多个切削齿(14)执行步骤(d)中的测量，并且其中从所述测量中确定下述参数中的至少一个：
-刀具同心度；
-切削齿中心；
-齿槽中心。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述测量设备(11)在执行所述方法期间以空间固定的方式设置，并且进行所述相对取向(Σ1至Σ5)和所述相对位置的设定，其方式为：改变所述刀具轴线(B)在空间中的取向，并且改变所述刀具(1)在空间中的位置。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述测量设备(11；23)提供非接触式或接触式工作的感测机构，并且其中计算和设定所述相对取向(Σ1至Σ5)和所述相对位置，使得所述感测机构在所计算出的虚拟接触点(m1至m5)处切向接触所述虚拟切削刃(S)。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述感测机构是柱形形状的。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述感测机构限定柱体轴线、柱体半径和柱形感测面，所述柱形感测面以距所述柱体轴线的柱体半径的间距伸展，并且其中计算和设定所述相对取向(Σ1至Σ5)和所述相对位置，使得所述柱体轴线平行于在所述虚拟切削刃(S)上在所述虚拟接触点处的切向平面伸展，并且所述柱体轴线与所述切向平面具有间距，该间距对应于所述柱体半径。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述柱体轴线沿着虚拟工件(3v)的齿面伸展，所述虚拟工件与所述虚拟刀具(1v)滚动接合。
11.根据权利要求7所述的方法，
-其中所述感测机构通过激光束(12)形成，
-其中所述刀具(1)围绕所述刀具轴线(B)转动，以执行在所述步骤(d)中的测量，并且
-其中在所述转动期间探测在何种实际转动角下所述光束被所述切削刃中断。
12.根据权利要求11所述的方法，其中确定在所探测到的实际转动角与对于所述虚拟切削刃计算出的期望转动角之间的偏差。
13.根据权利要求11所述的方法，其中对于所述刀具(1)的多个或所有切削齿(14)执行在步骤(d)中的测量，其方式为：所述刀具(1)足够久地围绕所述刀具轴线(B)转动，使得多个或所有切削齿(14)依次中断并且再次释放所述光束(12)。
14.根据权利要求7所述的方法，其中所述感测机构是柱形感测针。
15.根据权利要求1或2所述的方法，其中在测量位置(Mp)进行在步骤(d)中的测量，并且其中在对工件批次进行加工之前和/或期间对于所述测量位置(Mp)执行校准测量。
16.根据权利要求1或2所述的方法，所述方法还至少包括下述步骤：
(e)基于所述测量的结果确定对于机床控制装置(8)的至少一个设定；和
(f)将所述设定传送给所述机床控制装置(8)，
其中所述设定引起，设定在所述工件(3)和所述刀具(1)之间的相对位置，以用于加工工件(3)。
17.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述刀具(1)是下述刀具之一：
-滚刮齿刀具；或
-滚插齿刀具。
18.根据权利要求1或2所述的方法，其中在所述刀具位于刀具主轴(2)上期间执行所述方法，借助所述刀具主轴也发生对工件(3)的加工。
19.一种用于执行用于测量对有齿的工件(3)进行滚动加工的刀具(1)的方法的装置，其中所述刀具(1)具有多个切削齿(14)，其中所述切削齿(14)中的每个切削齿形成实际切削刃，其中所述装置具有：
-用于驱动所述刀具(1)以围绕刀具轴线(B)转动的刀具主轴(2)；
-测量设备(11)；
-至少一个被驱动的枢转轴线(A)，以便改变在所述刀具轴线(A)与所述测量设备(11)之间的相对取向(Σ)；和
-至少一个被驱动的线性轴线(X、Y、Z)，以便改变在所述刀具(1)和所述测量设备(11)之间的平移的相对位置
其特征在于，所述装置具有控制装置(8)，所述控制装置构成为用于实施下述方法：
(a)计算在虚拟刀具(1v)的虚拟切削刃(S)上的虚拟接触点(m1至m5)，其中所述虚拟切削刃沿着切削刃纵向方向延伸并且横向于所述切削刃纵向方向具有倒圆部；
(b)基于所计算出的虚拟接触点(m1至m5)来计算在所述刀具轴线(B)与所述测量设备(11)之间的相对取向(Σ1至Σ5)以及在所述刀具(1)与所述测量设备(11)之间的平移的相对位置；
(c)借助于所述枢转轴线(A)和至少一个线性轴线(X、Y、Z)设定所计算出的相对取向(Σ1至Σ5)以及相对位置；和
(d)在所设定的相对取向(Σ1至Σ5)和相对位置中执行对所述刀具(1)的切削齿(14)中的至少一个切削齿的实际切削刃的测量。
20.根据权利要求19所述的装置，其中所述控制装置对于沿着所述虚拟切削刃(S)的不同位置处的多个虚拟接触点(m1至m5)执行上述步骤(a)至(d)。
21.根据权利要求19或20所述的装置，
其中所述测量设备(11)在所述测量期间位置固定地设置，
其中所述枢转轴线(A)构成为用于改变所述刀具轴线(B)在空间中相对于固定的测量设备(11)的取向；并且
其中至少一个所述线性轴线(X、Y、Z)构成为用于改变所述刀具(1)在空间中相对于所述测量设备(11)的平移的方位。
22.根据权利要求19或20所述的装置，
其中所述装置具有机座(6)以及能够相对于所述机座(6)运动的支架(33)，所述支架能够相对于所述机座(6)在多个位置之间运动，
其中所述测量设备(11)设置在可运动的所述支架(33)上，并且
其中所述测量设备(11)能够借助于可运动的所述支架(33)从停放位置运动到测量位置中。
23.根据权利要求22所述的装置，其中在可运动的所述支架(33)上还设置有用于夹紧要加工的工件(3)的至少一个工件主轴(4)。
24.根据权利要求19或20所述的装置，其中所述测量设备(11；23)提供非接触式或接触式工作的感测机构，并且其中所述控制装置计算和设定所述相对取向(Σ1至Σ5)和相对坐标，使得所述感测机构在所计算出的虚拟接触点(m1至m5)处切向接触所述虚拟切削刃(S)。
25.根据权利要求24所述的装置，其中所述感测机构是柱形形状的。
26.根据权利要求24所述的装置，
其中所述测量设备(11)具有光源和光探测器，其中所述光源构成为用于产生光束(12)，所述光束定向到所述光探测器上，并且其中所述感测机构通过所述光束(12)的至少一个区域形成，
其中所述控制装置与所述刀具主轴(2)共同作用，使得所述刀具主轴(2)在所述刀具轴线(B)的所设定的相对取向(Σ1至Σ5)中和在所设定的相对坐标下围绕所述刀具轴线(B)转动，并且
其中所述光探测器构成为用于在转动期间检测所述光束(12)在何种实际转动角下被所述切削刃中断。
27.根据权利要求24所述的装置，其中所述感测机构是柱形感测针。
CN201880080956.3A 2017-12-15 2018-12-06 用于测量滚动加工刀具的方法和装置 Active CN111492199B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH01526/17 2017-12-15
CH01526/17A CH714443B1 (de) 2017-12-15 2017-12-15 Verfahren und Vorrichtung zur Vermessung eines Wälzbearbeitungswerkzeugs.
PCT/EP2018/083747 WO2019115332A1 (de) 2017-12-15 2018-12-06 Verfahren und vorrichtung zur vermessung eines wälzbearbeitungswerkzeugs

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111492199A CN111492199A (zh) 2020-08-04
CN111492199B true CN111492199B (zh) 2022-05-10

Family

ID=60813558

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880080956.3A Active CN111492199B (zh) 2017-12-15 2018-12-06 用于测量滚动加工刀具的方法和装置

Country Status (8)

Country Link
US (1) US11850671B2 (zh)
EP (1) EP3724598B1 (zh)
JP (1) JP7356977B2 (zh)
KR (1) KR102559309B1 (zh)
CN (1) CN111492199B (zh)
CH (1) CH714443B1 (zh)
ES (1) ES2907004T3 (zh)
WO (1) WO2019115332A1 (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018122759A1 (de) * 2018-09-17 2020-03-19 Chiron-Werke Gmbh & Co. Kg Verfahren und Vorrichtung für eine Verschleißanalyse an einer Werkzeugmaschine
CH715794B8 (de) 2019-07-17 2020-11-13 Reishauer Ag Werkzeugmaschine für die Wälzbearbeitung von Rotationsteilen mit nutförmigen Profilen.
DE102021102122B4 (de) * 2021-01-29 2023-12-28 Klingelnberg GmbH. Verfahren und Vorrichtung zum Messen einer Verzahnung
CN113485246B (zh) * 2021-07-08 2022-12-20 浙江科雄电子科技有限公司 一种基于Unity3D的机床动态切削模拟系统及模拟方法
CN115365979B (zh) * 2022-10-25 2023-01-24 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 光学加工工具标定方法、装置、计算机设备及可读存储介质

Family Cites Families (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5255199A (en) * 1990-12-14 1993-10-19 Martin Marietta Energy Systems, Inc. Cutting tool form compensaton system and method
JPH04232407A (ja) * 1990-12-28 1992-08-20 Seikosha Co Ltd 工具の検査方法
JPH0655341A (ja) * 1992-08-13 1994-03-01 Kashifuji:Kk Ｎｃ歯車加工機の歯車および工具測定方法
KR970001041B1 (ko) * 1994-06-23 1997-01-25 한국수자원공사 정수장(淨水場) Alum 슬러지를 주재로한 인공경량(人工輕量)골재의 제조방법
DE19625370C1 (de) 1996-06-25 1997-04-30 Reishauer Ag Schleifmaschine zum Schleifen von Stirnzahnrädern
DE19857592A1 (de) 1998-12-14 2000-06-15 Reishauer Ag Maschine zum Bearbeiten von vorverzahnten Werkstücken
DE19927872A1 (de) * 1999-04-01 2000-10-26 Werth Messtechnik Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Messen eines Objektes bzw. dessen Struktur, insbesondere solcher mit Vorsprüngen wie Zähnen eines Fräswerkzeuges
US6496273B1 (en) 1999-05-05 2002-12-17 Renishaw Plc Position determining apparatus for coordinate positioning machine
EP1092495A1 (de) * 1999-10-12 2001-04-18 The Gleason Works Maschine zum Wälzschleifen von Zahnrädern mit einer Zahnradmessvorrichtung
EP1398598A1 (de) 2002-09-16 2004-03-17 WENDT GmbH Verfahren und Vorrichtung zum Messen von kleinen Schneidkantengeometrien
ITBO20030536A1 (it) * 2003-09-16 2005-03-17 Marposs Spa Metodo e sistema per controllare la posizione di una parte meccanica
KR100612834B1 (ko) * 2003-11-15 2006-08-18 삼성전자주식회사 3차원 위치 측정 센서
DE102007053993B4 (de) * 2007-09-14 2010-08-12 Carl Mahr Holding Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Werkzeugvermessung
DE102008035667B4 (de) * 2008-07-31 2010-06-17 Siemens Aktiengesellschaft Getriebemotor
DE102009036776B4 (de) 2009-08-08 2014-11-27 Niles Werkzeugmaschinen Gmbh Verfahren zur Messung des Aufmaßes eines hartfeinzubearbeitenden Zahnrades
ES2406430T3 (es) * 2009-09-24 2013-06-07 Gleason Cutting Tools Corporation Máquina herramienta para rectificar
CN101782374A (zh) * 2010-03-16 2010-07-21 西安交通大学 基于模板近场光投影扫描的齿轮和成型结构轮廓测量方法
DE102010054742A1 (de) * 2010-12-16 2012-06-21 E. Zoller GmbH & Co. KG Einstell- und Messgeräte Einstell- und/oder Messgerätevorrichtung
EP2570217B1 (de) * 2011-09-15 2014-11-05 Klingelnberg AG Semi-Completing Wälzschälverfahren und Vorrichtung mit entsprechendem Wälzschälwerkzeug zum Ausführen eines Semi-Completing Wälzschälverfahrens
JP2013124889A (ja) * 2011-12-14 2013-06-24 Tohoku Univ 輪郭形状測定方法及び輪郭形状測定装置
DE102012011956B3 (de) * 2012-06-17 2013-12-12 Herbert Schriefer Werkzeug für das Wälzschälen von Verzahnungen sowieeine Vorrichtung und ein Verfahren zum Generieren und Schärfen der Schneidengeometrie des Werkzeugs
JP6094093B2 (ja) * 2012-08-21 2017-03-15 アイシン精機株式会社 スカイビング加工用カッター
JP6244677B2 (ja) * 2013-06-07 2017-12-13 株式会社ジェイテクト 歯車加工シミュレーション装置
SE1350983A1 (sv) * 2013-08-27 2015-02-28 Sandvik Intellectual Property Verktyg och skär för skalfräsning
DE102013015239A1 (de) * 2013-09-13 2015-03-19 Liebherr-Verzahntechnik Gmbh Verfahren zum Rüsten einer Verzahnmaschine sowie Verzahnmaschine
DE102013015253A1 (de) 2013-09-13 2015-03-19 Gleason-Pfauter Maschinenfabrik Gmbh Meßgeometrie, Meßeinrichtung mit einer solchen Meßgeometrie und Meßverfahren
CH709478A1 (de) * 2014-04-08 2015-10-15 Reishauer Ag Verfahren und Vorrichtungen zum schnellen und flexiblen Abrichten von Schleifschnecken.
CN103994717B (zh) * 2014-05-24 2017-04-19 长春市春求科技开发有限公司 齿轮光学测量装置及检测方法
JP5955429B1 (ja) * 2015-03-06 2016-07-20 トヨタ自動車北海道株式会社 連続創成式歯車研削方法
DE102015104310A1 (de) 2015-03-23 2016-09-29 Profilator Gmbh & Co. Kg Verfahren und Vorrichtung zum Verzahnen eines Werkrades mit vermindertem Flankenlinienformfehler
JP6585476B2 (ja) * 2015-11-17 2019-10-02 ローランドディー．ジー．株式会社 補正方法および補正装置
DE102017120570A1 (de) 2017-09-07 2019-03-07 Liebherr-Verzahntechnik Gmbh Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einem Werkzeug
DE102017120788A1 (de) 2017-09-08 2019-03-14 Liebherr-Verzahntechnik Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Wälzschälen

Also Published As

Publication number Publication date
US20200368835A1 (en) 2020-11-26
EP3724598A1 (de) 2020-10-21
ES2907004T3 (es) 2022-04-21
CH714443A1 (de) 2019-06-28
CN111492199A (zh) 2020-08-04
KR20200096832A (ko) 2020-08-13
CH714443A8 (de) 2019-09-13
KR102559309B1 (ko) 2023-07-24
JP2021506598A (ja) 2021-02-22
JP7356977B2 (ja) 2023-10-05
CH714443B1 (de) 2020-10-15
WO2019115332A1 (de) 2019-06-20
US11850671B2 (en) 2023-12-26
EP3724598B1 (de) 2022-01-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111492199B (zh) 用于测量滚动加工刀具的方法和装置
CN109465502B (zh) 用于剃齿的方法和设备
CN110355426B (zh) 用于对有齿工件进行倒棱加工的设备
US6302764B1 (en) Process and device for dressing high-speed grinding worms
KR101544449B1 (ko) 공구 연삭 장치
US20170326662A1 (en) Method for machining a set of teeth, tool arrangement, and tooth-cutting machine
KR20170037857A (ko) 기어 블랭크를 디버링하는 방법
JP2010117196A (ja) 歯車測定方法
JP7195277B2 (ja) 仕上げ工具の特徴パラメーターの測定
JPH11511393A (ja) カッタヘッドを形直しする方法と装置
JP6405098B2 (ja) 研磨マシンのドレスツールのトポグラフィ偏差を特定する方法およびこれに対応して構成されたｃｎｃ制御マシン
US20040105731A1 (en) Machine and method with 7 axes for CNC-controlled machining, particularly generating cutting or grinding; of spiral bevel gears
JP2007168013A (ja) 工具刃先位置演算方法及び工作機械
JP2018108640A (ja) 歯切り盤の工具の外形寸法を自動測定する方法
JP2003191131A (ja) 事実上円筒形の内歯車または外歯車の切削加工方法
JP2008272861A (ja) 工具位置測定方法、工具位置測定システム、及び加工方法
US20230046784A1 (en) Method for working a workpiece with two toothings, positioning device for determining a reference rotational angle position of the workpiece and power tool with such a positioning device
JP7317030B2 (ja) 機械加工プロセス、その制御ソフトウェア、面取りステーションおよび面取りステーション付きの歯車機械を準備および実行する方法
CN105555451A (zh) 轮廓量规、装备有轮廓量规的测量装置以及测量方法
JP2022034241A (ja) 工作機械
CN114173976A (zh) 用于对工件上两个齿圈进行硬精加工的方法，以及切齿机、控制程序、硬精加工组合工具及其传感器组件
JP2005098752A (ja) ブローチの形状測定装置
Hu et al. Tool presetting method for gear grinding based on the worst angles of tooth space edges
JP7494596B2 (ja) 歯車加工装置
JP3898437B2 (ja) 溝加工方法及びその実施に直接使用する加工装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant