CN111721230A - 光学测量方法 - Google Patents

Abstract

一种用于对工件上的至少一个被测对象进行光学测量的方法，包括以下方法步骤:提供待测量的工件(2,42)，其中，工件(2,42)包括循环对称的几何形状(4)，例如齿部或类似形状；指定所述工件(2；42)上至少一个待测量的被测对象；提供具有光学测量系统(8)的测量装置(6)，光学测量系统(8)用于工件(2,42)上的被测对象进行非接触测量，其中光学测量系统具有光学传感器(18)；使用光学测量系统(8)在工件(2,42)上测量至少一个待测量的被测对象；提供待测量工件(2,42)的至少一个几何参数；和基于工件(2,42)上至少一个待测量的被测对象和/或待测量工件(2,42)的至少一个几何参数，确定用于执行光学测量的至少一个测量参数。

Description

光学测量方法

技术领域

本发明涉及一种用于对工件上至少一个被测对象进行光学测量的方法，具有以下方法步骤:提供待测量的工件，其中该工件包括循环对称的几何形状，例如齿部或类似形状；指定工件上至少一个待测量的被测对象；提供具有光学传感器的测量装置，用于对工件上被测对象进行非接触测量；使用光学传感器对工件上至少一个待测量的被测对象进行测量。此外，本发明涉及一种用于对工件上至少一个被测对象进行光学测量的装置。

背景技术

具有循环对称几何形状的工件，例如齿轮、花键轴、平面离合器等，通常借助触觉测量方法来测量。为此，相关的工件被夹在坐标测量机中，并借助测量探针进行采样，以采集工件的几何形状。以这种方式，所制造的工件与其目标几何形状的偏差被确定，以检查工件品质并监控制造过程，并且如果必要的话通过校正来调整它。

现代坐标测量装置的触觉测量非常精确，测量准确度可达微米级。然而，触觉测量是耗时的。例如，如果在齿轮上，要对齿轮的所有齿分别进行左右齿侧面的齿廓线和齿侧面线的测量，坐标测量装置的触觉测量可能持续几分钟。这是因为测量探针必须对齿轮的每个齿进行至少一次齿侧面方向的采样，和对于左齿侧面以及右齿侧面，至少一次齿廓方向的采样。

根据测量策略，如果在齿侧面上采集多条齿廓线或齿侧面线，以便采集齿部的限定品质特征，例如齿部的齿侧面线或齿廓角度偏差、齿侧面线或齿廓形状偏差、或齿侧面的修改，例如齿顶、齿根和齿端的减小、纵向和纬向鼓形(crowning)、交错或齿廓线和齿侧面线角度修改，则测量持续时间会增加数倍。

与触觉测量方法相比，光学测量方法的优势在于可以快速采集被测对象。关于齿部的测量，很明显，能节省大量时间，因为在开始测量相应的齿部之前，测量探针穿入相关的齿隙和待测量的齿侧面的相应物理触碰被省略。因此，相对于触觉测量方法，光学测量过程的运动学可以被简化，因为与测量探针的使用相比，具有光学传感器的测量机器不必运动学地再现齿部的精确齿廓线或齿侧面线。

然而，用于测量具有循环对称几何形状的工件的光学方法的测量准确度目前没有达到触觉方法的测量准确度。因此，光学方法仅用作触觉测量的补充，其中触觉测量形成基准。

在这种背景下，本发明基于这样的技术问题，即指定一种用于开始时提到的类型的光学测量的方法和装置，其不具有上述缺点或者至少在较小程度上具有上述缺点，特别是能够提高具有循环对称几何形状的工件的品质和过程监控的测量准确度。

发明内容

上述技术问题通过根据本发明提供的方法和装置来解决。该方法的进一步设计由以下描述产生。

根据第一方面，本发明涉及一种用于对工件上至少一个被测对象进行光学测量的方法，包括以下方法步骤:

提供待测量的工件，其中该工件具有循环对称的几何形状，例如齿部或类似形状；

指定工件上至少一个待测量的被测对象；

提供具有光学测量系统的测量装置，用于对工件上的被测对象进行非接触测量，其中光学测量系统具有光学传感器；

使用光学测量系统对工件上的至少一个待测量的被测对象进行测量。

该方法的特点是

提供待测量工件的至少一个几何参数；和

借助于在工件上至少一个待测量的被测对象和/或待测量工件的至少一个几何参数，限定用于执行光学测量的至少一个测量参数。

根据本发明，特别地，用于对具有循环对称几何形状的工件上的被测对象进行光学测量的方法的测量准确度可以被提高，因为光学测量的测量参数根据待测量的工件的至少一个几何参数和/或根据待测量的被测对象来限定。因此，光学测量以特定于工件的方式适应于待测量工件的几何形状和/或依赖于待测量的被测对象。

根据该方法的进一步设计，提出提供待测量工件的至少一个几何参数包括下面列出的几何参数中的一个或多个:

采集待测量变量的最小工件半径；

采集待测量变量的最大工件半径；

工件的最大半径；

工件的轴向高度；

工件的表面粗糙度。

利用在工件上采集待测量变量的最小和/或最大工件半径的指定，例如，可以在工件上建立测量部段或测量区域的测量起点或开始点和/或测量部段或测量区域的测量终点或结束点。

工件的最大半径和/或轴向高度可用于确定测量装置的NC轴线的缩回位置和安全移动路径，以避免测量装置与待测量工件之间的碰撞。

表面粗糙度影响待测工件表面的反射。因此，可以借助于表面粗糙度来调整测量参数，以优化测量结果。

根据该方法的进一步设计，工件包括待测量的齿部，其中提供待测量工件的至少一个几何参数包括下面列出的齿部的几何参数中的一个或多个:模数、螺旋角、齿顶圆直径、齿根圆直径、节距方向、齿数。

提供待测量的工件的至少一个几何参数可以通过下面列出的步骤中的一个或多个来执行:

非接触测量，例如光学测量等；

通过坐标测量机的测量探针进行的触觉测量；

手动输入；

来自诸如数据库、本地存储器、便携式存储介质等数字存储器的在线或离线查询。

可以限定以下测量参数中的一个或多个:

触发频率，特别是从5kHz到25kHz(包括5kHz和25kHz)的范围内选择；

曝光时间，特别是从30秒至200秒(包括30秒和200秒)范围内选择的时间；

照明强度；

光学传感器的倾斜角；

测量装置轴线的测量移动参数，例如轴向进速、轴向速度、工件旋转速度；

光学测量系统的光学轴线相对于待测量工件的旋转轴线的轴向偏移。

根据该方法的进一步设计，提出了下面列出的值中的一个或多个被另外指定为用于确定至少一个测量参数的输入变量:

沿着第一测量部段的测量点的数量和/或沿着第二测量部段的测量点的数量；

待采集的测量区域的测量分辨率；

完成测量的最大测量持续时间。

根据该方法的进一步设计，提供了在测量之前为一个或多个测量点确定测量角度，其中如果光学测量系统对测量点的测量垂直于工件表面进行，则测量点的测量角度为零，并且其中测量角度相对于测量角度为零的位置进行测量。换句话说，测量角度可以具体定义为由光学测量系统的光学轴线和相对于测量点的工件表面的垂线所成的角度。

测量角度，也可以称为采样角度，对光学测量的可实现的测量准确度有影响。因此，可以基于测量角度来确定光学测量对于相关测量点在多大程度上是基本合理的或者不合理。除此之外，还可以考虑工件的表面粗糙度和吸收行为。

特别地，可以提出对于大多数测量点或每个测量点，在测量期间由于装置的轴向移动导致的测量角度小于或等于15°。可以提出使光学测量系统移动来设置这些角度。

可以提出光学测量系统被固定安装在装置中，使得在光学测量期间仅工件相对于光学测量系统移动。

可以提出如果测量点的测量角度大于15°，特别是对于固定光学测量系统的情况，调整测量参数，例如曝光时间或照明强度等，以提高测量准确度。

根据该方法的进一步设计，提出了传感器特定数据和/或用于表征测量角度对光学传感器的测量准确度的影响的一个或多个函数被存储在数据集中，并且其中特别地，测量点的至少一个测量参数基于测量点的测量角度的绝对值被调整。

因此，可以在初步实验中研究测量角度对传感器的测量准确度有什么影响，因为具有已知表面粗糙度和已知吸收行为的测试对象在不同的测量角度下被测量。因此，例如，提供了在0–80°的测量角度范围内测量角度对测量准确度影响的数据。对于具有进一步限定的表面粗糙度和已知吸收行为的各种测试对象，可以重复该过程。此外，诸如照明强度、曝光时间、测量距离等测量参数可以在这些初步实验期间变化，以采集光学测量的各种边界条件的测量准确度。

对于具有已知几何形状、已知表面粗糙度和已知吸收行为的工件，传感器特定的测量参数因此可以借助于基于初步实验数据的测量角度来限定，以改善测量结果。

根据该方法的进一步设计，提出了将传感器特定数据和/或用于表征表面粗糙度对光学传感器的测量准确度的影响的一个或多个函数存储在数据集中，并且其中特别地，基于测量点的表面粗糙度来调整测量点的至少一个测量参数。

可以在影响传感器测量准确度的表面粗糙度的初步实验中进行研究，其中在限定的测量角度下测量多个测试对象，每个测试对象具有已知的表面粗糙度和恒定的吸收行为。结果，例如，提供了在例如Ra0.1-0.9μm的粗糙度范围内表面粗糙度对测量准确度的影响的数据。对于具有进一步限定的吸收特性的各种测试对象，可以针对各种表面粗糙度以一个或多个限定的测量角度重复该过程。此外，在这些初步实验期间，诸如照明强度、曝光时间、测量距离等测量参数可以变化，以采集光学测量的各种边界条件的测量准确度。

对于具有已知几何形状、已知表面粗糙度和已知吸收行为的工件，传感器特定的测量参数因此可以基于初步实验数据借助于表面粗糙度来确定，以改善测量结果。

根据该方法的进一步设计，提出了将传感器特定数据和/或表征用于工件表面的吸收对光学传感器的测量准确度的影响的一个或多个函数存储在数据集中，并且其中特别地，基于测量点的工件表面的吸收来调整测量点的至少一个测量参数。

可以在初步实验中研究工件的吸收行为对传感器的测量准确度有什么影响，因为在限定的测量角度下测量具有限定表面粗糙度的各种材料或涂层的多个测试对象。结果，提供了关于各种材料或涂层的吸收行为的影响的数据。此外，在这些初步实验期间，诸如照明强度、曝光时间、测量距离等测量参数可以变化，以采集光学测量的各种边界条件的测量准确度

对于具有已知几何形状、已知表面粗糙度和已知吸收行为的工件，传感器特定的测量参数因此可以基于初步实验数据借助于吸收行为来限定，以改善测量结果。

可以提出，对于具有已知几何形状、已知表面粗糙度和已知吸收行为的工件，在测量之前确定可实现的测量准确度。在这种情况下，可以基于从初步实验中已知的关于测量角度、表面粗糙度和吸收行为的影响的传感器特定数据来确定最多可以达到什么测量准确度，并且还可以根据测量角度、表面粗糙度和吸收行为的背景来最佳地设置测量参数。以这种方式，甚至在测量之前，就可以向使用者提供关于特定工件的可实现的准确度的信息项。基于该信息项，使用者可以决定光学测量是否适合于相关工件和待采集的被测对象，或者是否应该执行触觉测量。

可以提出除了光学测量系统之外，该装置还包括触觉测量系统。

此外，根据该方法的一个改进，光学传感器可以是距离传感器，特别是用于距离测量的光学点传感器，例如三角测量传感器、共焦彩色传感器等，其中特别是执行个别测量点的系列采集。这种传感器的测量范围可以是0.1毫米-50毫米，特别是2-10毫米。

替代地或附加地，可以使用另外的距离传感器，例如共焦传感器、干涉传感器、根据运行时间方法或频率梳方法的激光传感器。

根据进一步的设计，提出了工件包括待测量的齿部，其中测量齿部的超过四分之一的齿、超过一半的齿或所有齿，并且特别地，对于至少一个被测对象形成测量齿的测量值的平均值和/或从测量齿的测量值产生校正值，以调整工件的制造过程。

该方法的进一步设计的特征在于，工件包括待测量的齿部，其中工件上的至少一个待测量的被测对象的指定参数包括下面列出的被测对象中的一个或多个:分度个体偏差；分度总体偏差；同心度偏差；齿厚偏差；齿廓角度偏差；齿廓形状偏差；齿廓总体偏差；齿侧面线角度偏差；齿侧面线形状偏差；齿侧面线总体偏差；齿顶减小；齿根减小；齿廓角度修改；竖直鼓形；齿端减小；齿侧面线角度修改；纬向鼓形；齿廓交错；齿侧面线交错。

可以提出在测量期间执行工件相对于光学传感器的工件旋转，其中，观察在一定旋转角度范围内以大于0°的角速度并且没有旋转方向反转的情况下进行的工件旋转，，其中角度范围旋转角度范围大于或等于90°，大于或等于180°，大于或等于270°，大于或等于360°，或者大于或等于720°。

可以提出，在测量期间，工件围绕其自身轴线旋转至少五次或至少十次。

替代地或附加地，可以提出在测量期间执行工件相对于光学传感器的工件旋转，其中，观察在一定旋转角度范围内在恒定角速度下进行的工件旋转，其中角度范围旋转角度范围大于或等于90°，大于或等于180°，大于或等于270°，大于或等于360°，或大于或等于720°。

替代地或附加地，可以提出在测量期间发生光学传感器与工件之间的轴向相对移动，其中在轴向工件延伸部的至少四分之一范围内观察以恒定速度进行的轴向相对移动，或者在轴向测量工件延伸部的至少一半范围内观察以恒定速度进行的轴向相对移动，或者在整个工件高度上观察以恒定速度进行的轴向相对移动。

光学测量系统在测量期间与工件的包络线有一距离，其中包络线由工件的最大直径和轴向高度延伸部限定。如果工件包括例如齿部，则光学测量系统在测量的任何时间点都不位于齿隙内，而是布置在齿轮的齿顶圆和/或包络线之外，和/或在测量的每个时间点都与其有一段距离。

下文将讨论几个实例，以更详细地说明一个或多个所提供的几何参数、至少一个待测量的被测对象与测量参数之间的关系。

作为第一个示例，将讨论具有渐开线外齿部的线性齿正齿轮的所有齿的齿廓线的测量，特别是齿廓角度偏差、齿廓形状偏差和齿顶减小。在这种情况下，光学测量系统被定位成使得光学测量系统的光学轴线垂直于正齿轮的旋转轴线定向，并且与正齿轮的旋转轴线相交。正齿轮与光学测量系统之间的相对移动仅通过正齿轮的旋转移动来执行，使得正齿轮的所有齿被引导经过光学测量系统至少一次。

在当前情况下，正齿部的相应齿的齿顶与齿侧面之间的过渡是锐边的或者具有小的半径。模糊图像和测量不准确性可能出现在这个区域。

为了可靠地采集齿的齿顶与齿侧面之间的过渡，可以增加触发频率，即采样率和/或减少曝光时间。替代地或附加地，待测量工件相对于光学测量系统的相对旋转移动的旋转速度可以进一步降低。

因此，可以提出，齿侧面区域中的齿廓使用比齿的齿顶与齿侧面之间的过渡区域更低的采样率和/或更长的曝光时间来测量。触发频率和/或曝光时间可以相应地在测量期间根据测量的齿廓区域进行调整。这同样适用于传感器的旋转速度，在这种情况下，齿轮相对于光学测量系统移动。

对于齿轮的完整360°绕转，因此可以执行触发频率和/或曝光时间和/或旋转速度的上述值的顺序增加和减少，因为邻接的齿顶和齿侧面区域是在连续的道次中相继测量的。如果在此讨论的齿轮包括例如20个齿，则可以围绕其旋转轴线观察到的齿轮被分成相邻的角部段，即20个齿顶部段和20个齿侧面部段，其中齿侧面部段包括布置在齿顶、齿底以及齿根之间的左右齿侧面。

触发频率和/或曝光时间和/或旋转速度可以为每个邻接的角部段限定。因此，例如在0-14°的角度范围内延伸的第一齿侧面部段可以使用比邻接其上的齿顶部段更高的曝光时间和/或更低的触发频率和/或更高的旋转速度来测量，齿顶部段在15-18°的角度范围内延伸。对于齿轮的测量，因此在这种情况下，20个测量区域具有较高的曝光时间和/或较低的触发频率和/或较高的旋转速度，20个另外的测量区域与其相比具有较低的曝光时间和/或较高的触发频率和/或较低的旋转速度。

替代地，可以确定可靠测量齿的齿顶与齿侧面之间的过渡所需的曝光时间和/或触发频率和/或旋转速度。这些值也可以假设用于整个齿轮(即也包括齿侧面和齿根区域)的测量。

因此，可以提出，在测量期间，根据循环对称几何形状的齿廓线的路线调整测量参数中的至少一个和/或使得测量参数中的至少一个顺序变化，测量参数中的至少一个特别是曝光时间和/或触发频率和/或旋转速度。

显然，除了在循环对称几何形状的测量过程中针对该示例提到的旋转移动之外，还执行进一步的平移进给移动和/或枢转移动，以改变待测量工件和光学测量系统的相对位置。因此，例如，旋转移动可以与工件和光学测量系统之间的轴向相对移动叠加，其中周向采样沿着螺旋线进行。

针对外部线性齿部引用的上述示例的原理可以类似地转移到内齿部、螺旋齿部、锥齿轮等的测量。

作为第二个示例，讨论了循环对称几何形状的区域的测量，该区域基本上垂直于光学测量系统的光学轴线。在这种情况下会产生反射，这将对光学距离测量的测量结果产生负面影响。对于上述正齿部的示例，这可以发生在例如齿部的齿的齿根的测量期间。

为了避免这种缺陷，可以提出，对于基本上垂直于光学测量系统的光学轴线定向的循环对称几何形状的区域的几何形状的测量，照明强度被降低。替代地或附加地，可以调整曝光时间和/或触发频率和/或旋转速度。

作为第三个示例，讨论了传感器采样率和/或触发频率的齿部相关调整。对于单纯圆柱形工件侧表面上的测量点间隔，以下关系适用于工件相对于光学传感器的旋转相对移动:

其中，MA：圆柱体上的测量点间隔，单位为毫米，

Dk:圆柱体的直径，单位为毫米，

V_C-axis:旋转速度，以转/秒为单位，

SAR:以每秒测量值为单位的传感器采样率。

如果要测量齿的齿的齿廓线，齿部的此测量点间隔也投影到齿本身的齿廓线上，因此必须乘以投影系数。该投影系数取决于相应的齿部参数。假设齿廓角约为45°，因此该系数为1.41。

对于齿顶圆直径DK为50毫米、旋转速度V_C-axis为0.2转/秒、传感器采样率为5kHz的齿轮，假设齿廓角为45°，测量点间隔MA约为0.009毫米。

对于具有200毫米齿顶圆直径的另一个工件，在其他方面相同的边界条件下产生大约0.045毫米齿廓线采集的测量点间隔MA。为了实现相同的分辨率和/或相同的0.009的测量间隔MA来采集这里的齿廓线，采样率必须增加四倍到20kHz。替代地，旋转速度可以减半，采样率可以加倍。

因此，可以提出，为了设置测量点间隔，根据工件的直径和待测量的工件区域的倾斜度，为待测量的工件设置传感器采样率和/或旋转速度。

可以提出，至少一个测量参数在测量期间根据待测量的循环对称几何形状的形式而被调整，如上面已经通过示例描述，用于调整齿顶或齿侧面区域中的采样率。

光学测量系统的光学轴线和工件的旋转轴线可以被布置成没有轴向偏移，并且因此可以相交。光学轴线和光学测量系统可以以直角相交和/或彼此垂直延伸。光学轴线和旋转轴线可以以不同于90°的角度相交。因此，可以选择和在测量期间可选地改变角度，以避免例如遮蔽待测量的区域。根据待测量的工件的表面组成和几何形状，光学测量的信噪比可以分别通过光学轴线相对于待测量的工件或工件表面的角度的静态定义和/或动态调整来提高。

替代地，光学测量系统的光学轴线和工件的旋转轴线可以相对于彼此具有轴向偏移，并且因此可以倾斜布置。因此，可以选择轴向距离，并且在测量期间可选地改变轴向距离，以避免例如遮蔽待测量的区域。根据待测量工件的几何形状，光学测量的信噪比可以通过测量期间对轴向距离的静态定义和/或动态调整来提高。类似地，光学轴线相对于工件的倾斜度也可以随着轴向距离而变化和/或调整。

可以提出，测量参数的确定完全借助于软件应用程序自动执行，该软件应用程序特别是本地存储在测量装置的计算机上和/或经由网络连接到测量装置。

附图说明

在下文中，基于示出示例性实施例的附图，更详细地描述本发明。

在示意图中:

图1示出了用于齿轮光学测量的装置；

图2显示了图1中的光学测量系统和齿轮；

图3显示了对螺旋齿部的光学测量。

具体实施方式

下面参照图1描述根据本发明的用于对工件上至少一个被测对象进行光学测量的方法的第一个示例。

首先，提供待测量的工件2，其中工件2包括循环对称的几何形状4，在当前情况下是齿部4。因此，工件2是齿轮4。

此外，提供了具有光学测量系统8的测量装置6，该光学测量系统8用于对工件2上的被测对象进行非接触测量。测量装置6具有控制和处理单元10。光学测量系统8具有光学传感器18，该光学传感器18是距离传感器18，其中在测量期间执行个别测量点的系列采集。

距离WD是光学测量系统8测量所需的工作距离。距离MR是光学测量系统8可以采集测量值的工作范围。在当前情况下，齿轮4的齿16因此完全位于光学测量系统8的工作范围MR内，从而在测量过程中不发生y方向上的相对移动。

待测量的工件2被夹在测量装置6的工件主轴12上。

指定工件2上的至少一个待测量的被测对象。这可以通过手动输入到控制和处理单元10中或者通过启动控制和处理单元10的预定义测量程序序列来执行，对于该预定义测量程序序列，存储一个或多个待测量的被测对象。

测量装置6可以是独立的坐标测量装置，其不具有用于切屑移除工件加工的工具，用于切屑移除工件加工的工具具有几何限定的或几何未限定的切削刃。

测量装置6可以是机床的一体式工件，该机床具有用于切屑移除工件加工的工具，用于切屑移除工件加工的工具具有几何限定或几何未限定的切削刃，例如铣床，特别是齿轮切削铣床、磨床，特别是齿轮切削磨床等。

在当前情况下，齿部4的齿廓线14被指定为被测对象。将在齿轮2的整个圆周上且因此对于齿轮2的所有齿16采集齿部4的齿廓线14。

提供齿轮2的以下参数:齿轮2的模数、齿轮2的齿数、齿轮2的齿顶圆直径DK和齿轮2的齿根圆直径。

待测量工件2的至少一个几何参数的提供在此通过从控制和处理单元10的数字存储器中查询来执行，在数字存储器中存储有齿轮2的目标数据。

在另一方法步骤中，执行用于实现光学测量的多个测量参数的确定。控制和处理单元10确定测量参数:触发频率，选自5kHz至25kHz(包括5kHz和25kHz)的范围；曝光时间，选自30秒至200秒(含30秒至200秒)的范围；照明强度；光学传感器的倾斜角；测量装置的测量移动，例如轴向进速、工件旋转等；光学测量系统的光学轴线相对于待测工件旋转轴线的轴向偏移。

以下用作确定测量参数的输入变量:待采集的被测“齿廓线”和所提到的几何参数。

在当前情况下，控制和处理单元10为包括齿侧面的齿廓线14的第一部段20计算第一数量的测量点22，以指定的准确度采集齿廓线14在第一部段20中的路线。观察到测量点22沿齿廓线14等距分布。

在当前情况下，控制和处理单元10为包括齿顶的齿廓线14的第二部段24计算第二数量的测量点26，以便以指定的准确度采集从齿侧面到齿顶的锐边过渡28。观察到测量点26沿齿廓线14等距分布。

测量点26具有比测量点22更小的测量点间隔。因此，与区域20相比，区域24的测量分辨率增加，以便能够可靠地采集锐边过渡28。这可以通过增加区域24的触发频率或采样率以及减少区域24的曝光时间来实现。替代地或附加地，工件2围绕Z轴线相对于光学测量系统的旋转速度可以降低，以增加区域24的测量分辨率。

可以为区域30选择对应于区域20的测量点间隔。由于各个点20、26的测量以及邻接的测量区域20、24、30的测量是顺序进行的，所以测量参数在测量过程中是顺序变化的，即取决于当前的测量区域20、24、30。测量参数因此在测量期间根据待测量的循环对称几何形状4的形状进行调整。

光学测量系统8的光学轴线32与笛卡尔坐标系X、Y、Z的Z轴线成直角相交。在测量期间，工件2围绕Z轴线旋转，直到齿轮2的所有齿16都被引导经过光学测量系统至少一次。

在这种情况下，提出了工件相对于光学测量系统8的旋转发生在测量期间，其中工件旋转以大于0°的角速度发生，并且在围绕Z轴线的旋转角度范围内没有观察到旋转方向反转，其中角度范围旋转角度范围大于360°。

在这种情况下，光学测量系统是固定的，因此在测量移动期间仅工件移动。根据替代的示例性实施例，可以提出光学测量系统在x方向、y方向和z方向上可平移移动，但是不可枢转。根据替代的示例性实施例，可以提出光学测量系统在x方向、y方向和z方向上可平移移动，并且还可以围绕一个、两个或三个轴线枢转。

根据进一步的示例性实施例，工件2围绕Z轴线的旋转可以与沿着X轴线和/或Y轴线和/或Z轴线的平移进给和前进移动叠加，和/或可以与围绕Y轴线和X轴线的附加枢转移动叠加。在这种情况下，耦合到控制和处理单元并由控制和处理单元控制的NC线性和枢转轴线可以与齿轮2以及光学测量系统8相关联。

图2以简化图示示出了图1的光学测量系统8。示出了光学测量系统相对于齿轮2的三个位置I、II和III。光学测量系统的第一位置I对应于图1中没有轴向偏移的位置，即光学轴线32和Z轴相交。

从图2中可以看出，齿16的齿根区域34不能被采集，因为齿的齿廓形状遮蔽了齿根区域。因此，在齿根区域34与光学测量系统之间不存在测量所需的“视线连接”，视线连接将允许进行测量。

因此，根据齿轮2的齿廓形状，控制和处理单元确定轴向偏移36，通过该轴向偏移，光学测量系统从位置I沿着正X方向前进到位置II，以便能够测量齿根区域34。因此，在光学测量系统的位置II中可以看出，无遮蔽的视线连接沿着光学轴线32向上延伸到相应齿16的齿根区域34中。很明显，在测量期间，工件2再次绕着Z轴线旋转。

根据要采集的被测对象，可以执行具有不同轴向偏移的多次测量。作为位置I和/或位置II的测量的替代或补充，因此可以在位置III具有轴向偏移38的情况下进行测量，其中光学测量系统已经在负X方向上从位置1移位。

除了避免遮蔽(尤其是对于螺旋齿部和锥齿轮齿部也可能出现遮蔽)之外，轴向偏移36、38还用于优化测量角度或采样角度α，例如，光学轴线32与齿轮2的表面40垂线成测量角度或采样角度α，以提高光学测量的信噪比。

图3示出了螺旋齿部42，对于每个齿的左齿侧面和右齿侧面，要测量每个齿的齿侧面和齿廓形状。为了简化图示，仅示出了装置6的光学测量系统8。

首先，测量分辨率，即齿廓方向44上的测量点的数量和齿侧面方向上的测量点的数量，由操作者或控制和处理单元指定。由此产生齿轮42的每个齿48(如以举例说明的方式所示一个齿)的虚拟测量网格50。很明显，也可以完全采集齿的齿顶和齿根以及齿端。

测量分辨率的指定由控制和处理单元转换成测量参数，从而在光学测量系统8与齿轮42之间的图像的下部产生虚线所示的螺旋相对移动。在这种情况下，围绕Z轴线的工件旋转与在Z方向上的平移前进移动叠加。

根据光学测量系统的测量范围，根据可选的示例性实施例，还可以使在X和Y方向上的进给移动叠加。

附图标记列表

2 齿轮

4 齿轮的齿部

6 测量装置

8 光学测量系统

10 控制和处理单元

12 工件主轴

14 齿廓线

16 齿轮2的齿

18 传感器

20 第一部段

22 测量点

24 第二部段

26 测量点

28 过渡

32 光学轴线

34 齿根区域

36 轴向偏移

38 轴向偏移

40 表面

42 齿轮/螺旋齿部

44 齿廓方向

46 齿侧面方向

48 螺旋齿部42的齿

50 测量网格

Claims (17)

1.一种用于对工件上至少一个被测对象进行光学测量的方法，所述方法包括以下方法步骤:

提供待测量的工件(2,42)，其中，所述工件(2,42)包括循环对称的几何形状(4)，例如齿部或类似形状；

指定所述工件(2；42)上待测量的所述至少一个被测对象；

提供具有光学测量系统(8)的测量装置(6)，所述光学测量系统(8)用于对所述工件(2,42)上的所述被测对象进行非接触测量，其中，所述光学测量系统具有光学传感器(18)；

使用所述光学测量系统(8)对所述工件(2,42)上的待测量的所述至少一个被测对象进行测量；

其特征在于，

提供待测量的所述工件(2,42)的至少一个几何参数；和

借助于所述工件(2,42)上待测量的所述至少一个被测对象和/或待测量的所述工件(2,42)的至少一个几何参数，确定用于执行所述光学测量的至少一个测量参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

提供下面列出的所述几何参数中的一个或多个:

采集待测量的所述被测对象的最小工件半径；

采集待测量的所述被测对象的最大工件半径；

所述工件的最大半径；

所述工件的轴向高度；

所述工件的表面粗糙度。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，

所述工件包括待测量的齿部，其中，提供下面列出的所述齿部的几何参数中的一个或多个:

模数、螺旋角、齿顶圆直径、齿根圆直径、倾斜方向、齿数。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，

通过下面列出的步骤中的一个或多个来提供待测量的所述工件的所述至少一个几何参数:

非接触测量，例如光学测量等；

通过坐标测量机的测量探针进行触觉测量；

手动输入；

来自诸如数据库、本地存储器、便携式存储介质等数字存储器的在线或离线查询。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，

在测量之前，确定一个或多个测量点的测量角度，

其中，如果光学系统对测量点的测量是垂直于所述工件的表面进行的，则所述测量点的测量角度为零，

其中，所述测量角度是相对于所述测量角度为零的位置进行测量的。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，

传感器特定的数据和/或用于表征测量角度对所述光学传感器的测量准确度的影响的一个或多个函数被存储在数据集中，并且

其中特别地，借助于所述测量点的所述测量角度的绝对值来调整所述测量点的至少一个测量参数。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，

传感器特定数据和/或用于表征表面粗糙度对所述光学传感器的测量准确度的影响的一个或多个函数被存储在数据集中，并且

其中特别地，借助于所述测量点的表面粗糙度来调整所述测量点的至少一个测量参数。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，

传感器特定数据和/或用于表征所述工件的表面吸收对所述光学传感器测量准确度的影响的一个或多个函数被存储在数据集中，并且

其中特别地，基于所述测量点的所述工件的表面吸收来调整所述测量点的至少一个测量参数。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，

下面列出的值中的一个或多个被额外指定为用于确定所述至少一个测量参数的输入变量:

沿着第一测量部段的测量点的数量和/或沿着第二测量部段的测量点的数量；

待采集的测量区域的测量分辨率；

完成测量的最大测量持续时间。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，

所述至少一个测量参数的确定包括下面列出的测量参数中的一个或多个，确定所述测量参数以执行测量:

触发频率，特别是选自包括端点值的5kHz至25kHz的范围；

曝光时间，特别是选自包括端点值的30秒至200秒范围的时间；

照明强度；

所述光学传感器(18)的倾斜角；

所述测量装置的轴线的测量移动参数，例如轴向进速、轴向速度、工件旋转速度；

所述光学测量系统(8)的光学轴线(32)相对于待测量的所述工件(2,42)的旋转轴线的轴向偏移(36，38)。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，

所述光学传感器是距离传感器，特别是用于距离测量的光学点传感器，例如三角测量传感器、共焦彩色传感器等，

其中特别地执行各个测量点的系列采集。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，

所述工件包括待测量的齿部，其中测量所述齿部的超过四分之一的齿、超过一半的齿或所述齿部的所有齿，并且

特别地，对于所述至少一个被测对象形成所测量的齿的测量值的平均值，和/或从所测量的齿的所述测量值产生用于调整工件制造过程的校正值。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，

所述工件包括待测量的齿部，其中，所述工件上所述至少一个待测量的被测对象的指定参数包括下面列出的被测对象中的一个或多个:

分度个体偏差；分度总体偏差；同心度偏差；齿厚偏差；齿廓角度偏差；齿廓形状偏差；齿廓总体偏差；齿侧面线角度偏差；齿侧面线形状偏差；齿侧面线总体偏差；齿顶减小；齿根减小；齿廓角度修改；竖向鼓形；齿端减小；齿侧面线角度修改；纬向鼓形；齿廓交错；齿侧面线交错。

14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，

在所述测量期间执行工件相对于所述光学传感器的工件旋转，其中，观察在一定旋转角度范围内以大于0°的角速度并且没有旋转方向反转情况下进行的所述工件旋转，其中所述旋转角度范围大于或等于90°、大于或等于180°、大于或等于270°、大于或等于360°、或者大于或等于720°；

和/或

在所述测量期间执行工件相对于所述光学传感器的工件旋转，其中，观察在一定旋转角度范围内在恒定角速度下进行的工件旋转，其中所述旋转角度范围大于或等于90°、大于或等于180°、大于或等于270°、大于或等于360°、或者大于或等于720°；

和/或

在所述测量期间执行所述光学传感器与所述工件之间的轴向相对移动，其中，在所述轴向工件的延伸部的至少四分之一范围内观察以恒定速度进行的所述轴向相对移动，或者在所述轴向测量工件的延伸部的至少一半范围内观察以恒定速度进行的所述轴向相对移动，或者在整个工件高度上观察以恒定速度进行的所述轴向相对移动。

15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，

在所述测量期间，根据所述循环对称的几何形状的齿廓线的路线调整所述测量参数中的至少一个和/或使得所述测量参数中的至少一个顺序变化，所述测量参数中的至少一个特别是曝光时间和/或触发频率和/或旋转速度；

和/或

对于基本垂直于所述光学测量系统的所述光学轴线定向的所述循环对称的几何形状的区域的几何测量，减小曝光强度；

和/或

为了设置测量点间隔，根据所述工件的直径和待测量的工件区域的倾斜度来设置待测量的工件的传感器采样率和/或旋转速度。

16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，

借助于软件应用程序完全自动地确定所述测量参数，所述软件应用程序特别是本地存储在所述测量装置的计算机上和/或经由网络连接到所述测量装置，

和/或

在所述测量期间，根据待测量的循环对称的几何形状的形式调整所述测量参数中的至少一个。

17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，

所述光学测量系统的光学轴线和所述工件的旋转轴线彼此具有轴向偏移，并且在轴向偏移的情况下进行一个、两个或更多个测量。

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