CN113001259B - 用于测量钻孔的测量方法和测量系统以及具有测量系统的精密机床 - Google Patents

Abstract

用于测量钻孔的测量方法和测量系统以及具有测量系统的精密机床。在用于测量工件中的钻孔的几何形状的测量方法的情况中，使用了具有测量单元(110)的测量系统，该测量单元(110)在准备好操作的状态下具有测量心轴(120)，该测量心轴能够借助于线性驱动器沿着平行于测量心轴轴线(125)的行进路径双向移动。通过借助于线性驱动器将测量心轴(120)移动到校准位置，利用参考装置(200)通过具有限定的内部尺寸的至少一个参考元件(230‑1,230‑2)将测量心轴(120)校准至少一次，在该校准位置中，测量心轴的测量传感器布置在参考元件的区域中。

Description

用于测量钻孔的测量方法和测量系统以及具有测量系统的精密机床

技术领域

本发明涉及一种用于测量钻孔的几何形状的测量方法、一种适于进行该测量方法的测量系统以及一种具有这种类型的测量系统的精密机床。

一个优选的应用领域是通过内部珩磨对钻孔进行的测量辅助精密机加工，在精密机加工之前和/或之后进行的用于确定钻孔的宏观形状的测量，特别是钻孔的内径的测量。

背景技术

珩磨是一种具有几何形状不确定的刀片的机加工方法，在珩磨的情况下，珩磨工具进行由两个分量组成的切削运动，并且在珩磨工具的一个或多个切削材料体(例如机器珩磨头)和待机加工的钻孔内表面之间存在连续的表面接触。珩磨工具的运动学的特征在于旋转运动和线性运动的叠加，该线性运动在钻孔的轴向方向上延伸。通常还提供可选的扩展运动，其导致珩磨工具的有效直径的变化。

珩磨工具的运动学在钻孔内表面上产生带有交叉工具痕迹的表面结构。通过珩磨最终机加工的表面可以满足在尺寸和形状公差方面的极高要求。因此，发动机或发动机部件中的许多高负荷滑动面(例如发动机缸体中的气缸衬套表面或注射泵的壳体中的钻孔内表面)都是通过珩磨来机加工的。

在珩磨的情况下，通常要保持与钻孔的宏观形状和尺寸相关的非常窄的公差规格，该钻孔尺寸例如通过钻孔直径来量化。通常，在珩磨过程完成后，借助于测量系统对钻孔几何形状的测量确定是否已经在公差范围内通过珩磨过程获得了期望的宏观形状。用于此目的的测量系统可以集成到精密机床中，或者可以是与精密机床分离的测量站的组成部分。

为此目的已知的测量系统包括测量单元，在准备好操作的状态下，该测量单元具有可以借助于线性驱动器平行于测量心轴轴线来回移动的测量心轴。在测量操作期间，测量心轴可以移动到钻孔中，随后借助于线性驱动器再次移出钻孔，以便进行测量。在测量期间，借助于线性驱动器，可以根据需要移动不同的测量平面。测量心轴通常在测量心轴载体的工件侧端部处可替换地联接到测量心轴连接器，测量心轴载体安装在可以平行于测量心轴轴线移动的滑动件上。联接器可以是刚性的，或者也可能例如以万向节或浮动的方式在有限的范围内可移动。

测量心轴可以是例如气动测量心轴。气动测量心轴通常具有至少一对测量喷嘴，它们相对于测量心轴轴线彼此以一定的径向间距布置。也存在具有仅一个测量喷嘴的变体。测量喷嘴可以理解为气动测量系统的测量点。触觉操作测量心轴或具有一个或多个电感或电容传感器或雷达传感器的测量心轴也是已知的。

为了防止测量误差，测量系统通常借助于参考装置不时进行校准。参考装置包括具有限定的内部尺寸的至少一个参考元件，例如具有精确已知内径的一个或多个参考环。这种类型的参考环通常也称为测量环、零环、量规环或校准环。为了校准的目的，测量心轴被移动到参考装置的区域中，使得参考元件的(已知的)内径可以通过测量心轴来测量。在测量值和(已知)内径之间存在不可容忍的偏差的情况下，可以进行校正。

在正常测量操作期间，测量心轴和参考装置通常相对于彼此同轴布置，结果是当钻孔位于测量位置时，参考装置定位在钻孔入口附近。同轴布置被认为是有利的，因为为了校准的目的，测量心轴必须仅轴向地移动(平行于测量心轴轴线)，以便在工作定位(测量传感器在钻孔内)和校准定位(测量传感器在参考装置的区域中)之间改变。

专利说明书DE 100 60 967 B4描述了一些示例，在这些示例的情况下，参考环由待测量工件的材料组成，以避免温度引起的校准误差。

DE 44 13 645 A1描述了使用具有可变参考尺寸的参考量规的示例。为了校准后者，参考量规可以相对于测量心轴轴线垂直地移动到量规站中，该量规站具有由不同限定固定内径的多个零环组成的组。在量规站中，可变参考量规可以通过与零环进行比较来校准。

发明内容

本发明的一个问题是提供一种用于测量钻孔的几何形状的测量方法以及一种适用于进行该测量方法的测量系统，该方法和系统不间断地操作，永久地提供高测量精度，并且在操作期间进行动态测量，从而使配备有该测量系统的精密机床的短的机器周期时间成为可能。

为了解决所述问题，本发明提供了具有权利要求1的特征的测量方法和具有权利要求5的特征的测量系统。此外，提供了一种具有权利要求16的特征的精密机床。从属权利要求中指定了有利的发展。所有权利要求的措辞都是通过引用的方式构成说明书的内容。

测量方法用于测量工件中的钻孔的几何形状。这里，特别地，钻孔的内径可以在相对于钻孔轴线垂直的平面中测量，或者在相对于彼此轴向偏置的多个平面中测量。作为固定测量平面中的测量的替代方案，例如，在整个钻孔长度上连续检测测量值(这被称为扫描)也是可能的。为了进行该测量方法，使用了测量系统，该测量系统具有测量单元，在准备好操作的状态下，该测量单元具有测量心轴，该测量心轴可以借助于线性驱动器沿着平行于测量心轴轴线的行进路径双向移动到不同的轴向位置。

为了尽可能地防止测量误差，使用参考装置通过具有限定的内部尺寸的至少一个参考元件将测量心轴校准至少一次。为了校准的目的，测量心轴借助于线性驱动器移动到校准定位，其中测量心轴的至少一个测量传感器布置在参考元件的区域中。在气动测量系统的情况下，测量喷嘴是测量传感器的一部分，该部分在测量点处与钻孔内表面相互作用，结果，在这种情况下，该(至少一个)测量喷嘴布置在参考元件的区域中。这里，例如，然后可以测量参考元件的内径或另一个内部尺寸。如果测量值在公差范围内与参考元件的已知比较尺寸不一致，则可以校正测量系统。

根据所要求保护的发明的一种形式，规定在测量系统的测量操作期间，参考装置布置在测量心轴的行进路径之外的中性定位，使得测量心轴可以被引入到待测量的钻孔中，而不下降穿过参考元件。为了进行校准操作，参考装置从中性定位移出到校准定位，其中参考元件相对于测量心轴轴线同轴地布置在校准位置。然后，测量心轴借助于线性驱动器移动到校准定位，其中测量心轴的至少一个测量传感器布置在参考元件的区域中。在所述校准定位中，进行用于校准测量心轴的校准测量。校准测量是一种测量，其测量结果用于校准。单次校准测量可能足以完成校准。经常在一个参考元件或多个参考元件上进行两次或更多次校准测量，其测量结果在校准的环境中被联合处理或用于校准。

在测量操作期间，具有待测量的钻孔的工件被定位在测量位置，使得待测量的钻孔的钻孔轴线相对于测量心轴轴线尽可能同轴。然后，测量心轴可以下降到钻孔中，可以在一个或多个平面中进行钻孔的几何形状的测量(可能以扫描模式)，并且随后可以再次抽出，结果是可以随后测量相同工件的另一个钻孔或另一个工件中的钻孔。

参考装置在中性定位和校准定位之间的来回移动优选地是自动进行的，也就是说借助于为此目的提供的驱动器，该驱动器可以经由控制单元来致动。用于在中性定位和校准定位之间切换的手动操作也是可能的。

参考元件优选地是具有固定预定直径的参考元件，也就是说不是具有可调内部尺寸的参考元件。在使用具有固定内部尺寸的参考元件的情况下，可以省去单独的量规操作，如在使用可调参考元件的情况下从现有技术中提出的那样。参考元件优选地为参考环，也就是说，在周向方向上封闭的参考元件，并且也可以称为测量环。代替测量环，也有可能例如将多个量规块(非常精确地制造的已知高度的间隔件)与被称为量规块保持器/量规块支架的部件组合，使得两个平行平面以固定的间距存在，该平行平面可用于校准测量心轴，例如具有两个测量喷嘴的气动测量心轴。

由于参考装置可以为了测量操作从校准定位移出到测量心轴的行进路径之外的中性定位，因此产生了一个优点，即测量心轴不再必须下降通过一个或多个参考元件，以便下降到钻孔中。以这种方式，与在参考元件永久布置在测量心轴的行进路径中的情况相比，测量心轴可以以某种其它方式被设计成更短和/或在几何上更简单。

在使用气动测量心轴的情况下，产生了另一个优点，即在测量喷嘴(也就是说，测量传感器与钻孔内侧相互作用的部分)和相关联的测量换能器(其将压力变化、体积流量变化等转换成电信号)之间为测量而封闭和移动的空气体积可以更小，测量心轴的构造更短。这种减少的空气体积可以导致测量系统中更短的停滞时间，其结果是可以实现用于测量和相关联的制造过程的更短周期时间。更短的测量周期时间又提高了制造过程的经济效率。

在常规测量系统(其中参考装置总是静态地安装在待测量工件的平面和测量心轴连接器之间的固定高度处)的情况下，测量心轴必须具有一定的长度，使得其能够下降通过具有参考元件(一个或多个)的参考装置。如上所述，这意味着测量心轴必须具有相对较长的构造。此外，为了限制长度，参考装置应当相对靠近待测量工件的上侧的上方定位。结果，所述布置变得相对不灵活，因为较大(较高)的工件可能导致与参考装置的碰撞。相反，如果参考装置安装在较高的定位处，则为了在工件的平面上方保持更大的间隙，具有较低高度的工件可能不再被测量。在使用本发明的情况下，这些问题得以避免。

在校准操作完成之后，在测量操作恢复之前，参考装置优选地从校准定位自动移回到中性定位。

根据一个发展，在中性定位中，参考装置被接收在壳体中，该壳体至少部分地封闭参考装置。因此，测量系统具有用于接收处于中性定位的参考装置的壳体，该壳体至少部分地在中性定位封闭参考装置，并且参考装置有可能移出壳体进入校准定位。可以通过提供壳体来实现对包含在参考装置中的参考元件(一个或多个)的保护以免受污染和/或损坏，参考装置至少部分地在中性定位被接收在壳体中。这考虑到参考元件旨在用作测量心轴的校准标准，并且因此当在测量操作期间不需要它们时应当以尽可能受保护的方式容纳参考元件。

例如，对于在中性定位和校准定位之间的变化，参考装置可以在相对于测量心轴轴线垂直延伸的位移方向上以线性方式移位。这可以在结构上实现，因为参考装置以抽屉的方式被引导，使得它可以以线性方式移入壳体和移出壳体。作为替代，例如，有可能例如围绕平行于测量心轴轴线延伸的枢转轴线可枢转地安装参考装置。例如，平行于测量心轴轴线的侧向枢转或利用平行四边形引导件从上方枢转是可能的。

根据一个发展，参考装置具有可移动地安装的承载框架，该承载框架具有用于接收可更换参考元件载体的接收结构。通过更换带有接收在其中的一个或多个参考元件的参考元件载体，参考装置可以简单地转换到不同的校准尺寸。优选地规定，参考元件载体是能够在没有工具的情况下(也就是说不借助于工具)更换的。结果，通过操作者可以舒适地和快速地执行到不同的校准尺寸的转换。

可以被替代或替换的参考元件载体可以具有用于单个参考元件的接收结构。参考元件载体优选地具有接收结构，用于接收同轴布置的两个或更多个参考元件。结果，在校准操作的情况下，有可能将测量心轴与至少两个不同的内部尺寸或校准量规进行比较。因此，可以联合处理两个或更多个校准测量的结果。获得的测量值可以用于例如对介于两者之间的尺寸进行插值。结果，高精度校准是可能的。

根据一个发展，规定测量系统的部件紧固到承载结构，测量单元具有在线性引导系统上被引导的滑动件，使得它可以在紧固到承载结构的主载体上以线性方式移位，主载体支撑线性驱动器。以这种方式，由主载体支撑的所有部件，特别是可以在线性引导系统上以双向方式或来回地移动的测量单元和产生所述移动所需的线性驱动器，可以作为组件共同地附接到承载结构，并且可以从后者移除。

至少部分地在其中性定位接收参考装置的上述壳体优选地也紧固到主载体。这可以首先实现参考装置也可以与组件共同地安装的情况。此外，壳体和参考装置因此总是位于相对于测量心轴轴线的正确位置和取向。可以完全预组装并可以安装在承载结构上的组件也可以称为“测量轴线”，该“测量轴线”是专用的机器轴线，其操作可以通过单独的测量站或精密机床的控制单元来控制。

为了避免或最小化由测量心轴轴线和待测量钻孔的钻孔轴线之间的错误取向导致的测量误差，在一些实施例的情况下，提供了定向系统，用于测量心轴轴线相对于承载结构的取向的无限可变、可逆设置。定向系统优选地被构造成用于独立设置测量心轴轴线沿着两个相对于彼此垂直的平移轴线的定位，并且用于设置测量心轴轴线相对于两个相对于彼此垂直的旋转轴线的取向。

特别地，可以规定，定向系统具有第一设置单元和与第一设置单元分离的第二设置单元，该第二设置单元可以被单独致动，并且距第一设置单元以一定间距布置，设置单元中的每一个具有：第一设置元件，其用于在第一方向上无限可变地调节承载结构和主载体之间的间距；和第二设置元件，其用于产生主载体相对于承载结构在相对于第一方向垂直的第二方向上的无限可变相对运动。为了便于安装，并且也出于提高稳定性的原因，两个设置单元可以安装在公共主体上。

在一些实施例的情况下，测量心轴可以仅仅借助于线性驱动器以平行于测量心轴轴线的线性方式移动，但是否则是不可移动的。还有一些实施例，在这些实施例的情况下，测量心轴可以附加地借助于旋转驱动器围绕测量心轴轴线旋转。经由旋转驱动器，有可能在相对于钻孔轴线的任何期望的径向方向上进行测量，例如钻孔的内径的测量。

本发明还涉及一种用于在工件中精确机加工钻孔的精密机床，该精密机床被分配有根据本发明的测量系统。该测量系统可以集成到精密机床中，或者可以是与精密机床分离的测量站的组成部分。

特别地，精密机床可以是珩磨机。珩磨机是一种适用于珩磨工件中的钻孔的机床。它具有安装在承载结构上的至少一个珩磨单元，该承载结构固定在机器上，例如支架、支柱或框架。珩磨单元包括主轴单元，主轴轴可旋转地安装在主轴单元中。主轴轴可以借助于旋转驱动器围绕其主轴轴线旋转，并且在一个工具侧端部处具有用于紧固珩磨工具的装置。用于引导主轴单元相对于主载体的线性运动的线性引导系统可以布置在主载体和主轴单元之间。为了产生平行于主轴轴线的主轴单元的线性运动，提供了线性驱动器。此外，通常提供用于扩展珩磨工具的扩展驱动器。

珩磨机可以具有多个工作站，例如两个或更多个珩磨站，其在每种情况下具有至少一个珩磨单元。测量系统的机械部件(特别是测量单元、参考装置，可能地用于接收处于中性定位的参考装置的壳体等)可以安装在承载结构上的合适定位处，结果是产生具有集成测量站的珩磨机。

附图说明

本发明的另外的优点和方面源于权利要求书和本发明的优选示例性实施例的以下描述，这些示例性实施例在下文中基于附图进行描述，在附图中：

图1示意性地示出了具有根据一个示例性实施例的测量系统的部件的测量站；

图2示出了图1的构造的另外的细节；

图3示出了处于校准定位的参考装置；

图4A和图4B示出了可更换的参考元件载体，其可以插入参考装置的承载框架中，并且具有用于参考环的接收结构；

图5示出了处于校准定位的参考装置，其具有引入的测量心轴；

图6示出了处于校准定位置的参考装置，气动测量心轴的测量喷嘴布置在参考元件之一的区域中；和

图7示出了处于测量定位的测量心轴。

具体实施方式

在下文中，将结合测量站描述用于测量工件中的钻孔的几何形状的测量方法和测量系统的示例性实施例，该测量站被分配给呈珩磨机形式的精密机床(未示出)。在下文中更详细描述的测量系统100可以作为测量站集成到精密机床中。作为替代，例如，测量系统可以是与精密机床分离的测量站的组成部分。

图1示意性地示出了具有根据一个示例性实施例的测量系统100的部件的测量站。测量系统100的大量机械部件附接到呈竖直支架形式的承载结构190。承载结构可以是以机械固定方式连接到精密机床的机器框架的部件或者独立的测量站的承载结构。承载结构190通常竖直地或平行于笛卡尔坐标系KS的z方向延伸。测量系统100的机械部件以部件位于工件平面上方的方式紧固到承载结构的前侧192(位于y方向上)。

在示例性情况下，将借助于测量系统测量其钻孔(一个或多个)的工件被运输以用于测量，并且随后借助于工件运输系统170被运走。不可见的工件被接收在工件保持设备175中。图1示意性地示出了具有旋转分度台的工件运输系统170。线性工件转移的变型也是可能的。工件也可以手动移动到测量位置。

测量系统100包括竖直定向的测量单元110，在准备好操作的图示状态下，该测量单元110具有(可更换的)测量心轴120，该测量心轴120可以借助于线性驱动器128沿着基本上竖直的行进路径平行于测量心轴轴线125来回或上下移动。借助于测量站的控制单元(未示出)，经由电动线性驱动器128控制所有的竖直运动。所述线性驱动器128驱动竖直定向的滚珠轴承主轴，主轴螺母在该主轴上运行，该主轴螺母连接到测量单元110的可竖直移动部分。

该构造的另外的细节可以在图2的示意性侧视图中看到。稍后描述的定向系统300的机械部件安装在承载结构190的平坦前侧192上。在背离承载结构的一侧，所述定向系统300支撑大致竖直定向的主载体180，主载体180是扭转刚性部件，其在背离承载结构190的一侧上支撑线性引导系统185的竖直延伸的导轨。

测量单元110具有可以在线性引导系统上基本上竖直地移动的滑动件。滚珠轴承主轴的主轴螺母紧固到滑动件，结果是测量单元110的竖直运动可以借助于线性驱动器128在两个方向上产生。线性驱动器128紧固到主载体180的上端部。滚珠轴承主轴在主载体180内延伸。

测量单元110包括测量心轴载体122，测量心轴载体122在下端部处突出到测量单元的壳体114外。测量心轴连接器115的联接结构位于测量心轴载体122上。出于防碰撞保护的目的，测量心轴连接器可以具有装弹簧的构造。测量心轴120在测量心轴载体的工件侧端部处可更换地联接到所述测量心轴连接器，例如借助于联管螺母或卡口联接器。联接器可以是刚性的，但是可能地也可以被构造成使得它可以移动到有限的程度，结果是测量心轴120也可以以万向节和/或浮动的方式安装在测量心轴载体上。根据联接器的类型，测量心轴的纵向中心轴线可以始终平行于测量心轴载体的轴线延伸，或者在万向节悬挂的情况下可以相对于该轴线分阶段略微倾斜地(几度)设置。

在示例性情况下，测量心轴120是气动测量心轴。后者在下端部区域中具有至少一对测量喷嘴，所述测量喷嘴相对于彼此以固定的间距布置，从而相对于测量心轴轴线彼此在直径上相对。例如，还有具有三个测量喷嘴的测量心轴(例如，在具有分成三个的横向内孔的零件的情况中)、四喷嘴测量心轴(结果没有椭圆度的影响)和具有六个或八个测量喷嘴的心轴(例如，在非常窄的腹板的情况中)。在所有情况下，测量心轴处的测量值对应于测量喷嘴距工件表面的相应间距的平均值。

气动测量心轴根据已知的喷嘴/挡板原理操作。为了测量，压缩空气在钻孔壁的方向上从测量喷嘴吹出。在测量喷嘴的区域中产生的背压用作测量喷嘴与钻孔壁的间距的量度。经由压力管线连接到测量喷嘴的测量换能器确保将(气动)压力信号转换成可以进一步以电学方式处理的信号。在测量喷嘴之间给定径向间距的情况下，钻孔直径可以借助于在直径上彼此相对的两个测量喷嘴来确定。测量换能器和用于压缩空气供给的管线系统与另外的部件一起容纳在测量单元的壳体114内。测量喷嘴的位置在这里被认为是测量换能器的有效位置。环形喷嘴或狭缝喷嘴是更传统的圆形喷嘴的进一步改进。

在一个实施例(未示出)的情况下，测量心轴可以附加地借助于旋转驱动器围绕测量心轴轴线旋转。经由旋转驱动器，有可能在任何期望的径向方向上进行将在时间上一个接一个地测量的钻孔的测量。在这种情况下，测量心轴载体被设计成可旋转的主轴，并且旋转驱动器可以附接在壳体内。

为了尽可能避免测量误差，应当不时地校准测量系统。为此，测量系统100具有用于校准测量心轴120的集成参考装置200。在图3、图4A、图4B和图6中可以特别清楚地看到参考装置的机械部件。参考装置200相对于承载结构190不是以固定的方式安装的，而是安装成使得它可以在相对于测量心轴轴线垂直延伸的位移方向205(对应于系统坐标系KS的y方向)上以线性方式移动。参考装置可以借助于气动驱动器(未示出)在图1中所示的中性定位和例如图3和图5中所示的校准定位之间相对于y方向以水平平行的方式移动。

在中性定位(图1)中，参考装置200的机械部件在很大程度上容纳在箱形壳体280内，该壳体在主载体180的下端部处安装在主载体180上。壳体以抽屉盒的方式将处于中性定位的参考装置朝向顶部和侧面封闭。参考装置200本身以抽屉的方式被引导，使得它可以以平行于y方向的线性方式移入壳体280和移出壳体。为此，水平引导结构被构造在竖直壳体壁的内侧上。参考装置具有可移动地安装的承载框架210，承载框架210在其外侧上具有引导结构，该引导结构在壳体280的内侧上的引导结构中延伸。

承载框架210具有接收结构，用于接收可更换的参考元件载体220，这也可以在图4A和图4B中清楚地看到。参考元件载体220用于接收呈具有限定内径的参考环形式的多个参考元件230-1、230-2。参考元件载体具有内部接收结构，参考环可以被横向地推入该内部接收结构中，然后被接收，其方式使得它们以相对于参考元件载体的中心轴线居中的方式被定位在那里的同轴布置中(参见图4B)。凹入的圆柱形插座被构造在参考元件载体的上侧上，引入辅助装置235可以从上方插入该插座中。引入辅助装置具有圆锥形插入面，在引入参考元件(参考环)的情况下，该插入面防止测量心轴的碰撞。

可以接收两个或更多个测量环的参考元件载体220也被称为测量环巢。参考元件载体可以插入到承载框架210中，并且可以在没有工具的帮助下从承载框架210移除。为此，承载框架210在面向测量心轴轴线的一侧上以漏斗状方式敞开。参考元件载体220可以在限定的旋转位置被水平地推入承载框架210中的安装位置和从其安装位置移除。在推入状态下，它可以通过旋转例如45°而被固定和锁定在那里。图3的图示示出了处于锁定状态的参考元件载体，其已安装准备操作。

如已经提到的，参考装置200可以在图1中可以看到的中性定位(部分在壳体280的内部)和图3中所示的校准定位之间以线性方式整体移动。在中性定位中，参考装置完全位于测量心轴120和壳体的竖直行进路径之外，结果是参考装置可以被引入到待测量的钻孔中，而不需要下降穿过参考装置和/或包含在其中的参考元件。如果需要，测量心轴连接器115可以定位在壳体280下方的水平处。在图7中示出了测量单元在测量操作中可以采取的这种较低的测量定位。如果要执行测量心轴的校准，则测量心轴向上移动到其下端部位于参考装置200的水平移动路径上方的程度。然后，参考装置可以借助于气动驱动器水平地移动到图3中所示的校准定位。在校准定位中，参考元件相对于测量心轴轴线125同轴地位于它们的校准位置。结果，测量心轴可以借助于线性驱动器128向下移动到校准定位，其中测量心轴的测量传感器(这里是测量喷嘴)布置在参考元件之一的区域中(参见图6)。然后，可以借助于参考元件的已知内径的测量来进行校准。

因此，该测量方法的特征在于这样的事实，在测量操作期间，也就是说当测量心轴120被用于或将被用于测量工件中的钻孔时，参考装置200位于测量心轴的竖直行进路径之外的中性定位中，结果是测量心轴可以被引入到待测量的钻孔中，而不需要下降穿过参考元件。

为了进行校准操作，参考装置200自动移出中性定位进入校准定位，其中参考元件位于相对于测量心轴轴线125同轴的校准位置。为了避免与测量心轴碰撞，测量单元110被预先向上推动至少到这样的程度，即测量心轴的面向工件的端部位于参考装置200的上侧的平面上方。然后，测量心轴借助于线性驱动器128向下移动到校准定位，其中测量心轴的测量传感器布置在感兴趣的参考元件的区域中，例如在测量环的竖直中心的水平处。然后在所述校准定位执行用于校准目的的校准测量。

可以在校准的环境中执行多次校准测量。例如，可以在时间上一个接一个地在不同内径的两个测量环上进行测量，这两个测量环相对于彼此轴向偏置地布置，然后可以将结果彼此抵消。

在校准操作完成后，测量心轴向上移出参考装置，并且在测量操作恢复之前，参考装置自动移出校准定位回到中性定位。

在许多情况下，校准是一个循环过程，根据应用，该过程在相对较宽的可调时间间隔内进行。例如，校准通常在机器启动后，在偏移变化（shift change）的情况下，并且然后，在例如从0.5小时到大约4小时的固定的时间间隔处进行。

测量单元应当基本上被定向用于测量操作，使得测量心轴轴线125相对于参考轴线同轴地延伸，在工件位于测量位置的情况中，该参考轴线对应于待测量的钻孔的钻孔轴线。在示例性实施例的情况中，借助于定向系统300，可以系统地并且相对舒适地确保这一点。定向系统300包括第一设置单元310-1和第二设置单元310-2，第二设置单元310-2与第一设置单元分离，并且布置成距第一设置单元310-1间距312。设置单元的部件安装在公共的主载体315上，该主载体315尤其便于安装。

在预组装之后，设置单元布置成用于测量单元的承载结构190和主载体180之间的粗略定向。设置单元中的每一个包括第一设置元件和第二设置元件，第一设置元件用于在对应于y方向的第一方向上可逆地调节承载结构和主载体之间的间距，第二设置元件用于在相对于第一方向垂直且基本上对应于x方向的第二方向上产生主载体相对于承载结构的无限可变的相对运动。设置单元可以彼此独立地致动，这简化了设置工作。设置变量的无限可变设置优选地是可能的。如果精确地使用两个设置单元，则可以实现目标值的可靠设置，而总体布置不会在几何上被过度确定，过度确定可能导致联接到主轴单元的装置的变形。

借助于第一设置元件，通过设置承载结构190和主载体180之间的间距314，可以实现测量心轴轴线的不同位置变化。如果在两个设置单元上的间距改变了相同的间距尺寸，这将导致测量心轴轴线在第一方向(y方向)上平行偏移。相反，如果仅在设置单元中的一个上改变间距，或者在两个设置单元上以不同的幅度改变间距尺寸，这将导致测量心轴轴线围绕垂直于第一方向的旋转轴线的倾斜和/或旋转(如果该旋转轴线平行于第二方向(x方向)延伸)。所述虚拟旋转轴线相对于两个设置单元的位置可以变化，并且取决于两个设置单元上的间距变化的绝对程度和间距变化的类型(间距增加或间距减少)。

类似的设置可能性由第二设置元件的致动产生，该致动导致在两个设置单元中主体相对于承载结构在相对于第一方向垂直的第二方向上的无限可变的相对运动。如果在两个设置单元中在所述第二方向(x方向)上由相同的位移行程引起相对偏移，这导致测量心轴轴线的位置的平行移动，而其倾斜度没有变化。相反，如果第一设置单元和第二设置单元之间的位移行程不同，这也导致测量心轴轴线125围绕平行于第一方向(y方向)延伸的(虚拟)旋转轴线的旋转。这里，所述虚拟旋转轴线的绝对位置还取决于第一设置单元和第二设置单元之间的位移行程的比率。

到目前为止，已经结合专用测量站描述了用于测量工件中钻孔的几何形状的测量方法和测量系统的示例性实施例，该专用测量站被分配给呈珩磨机形式的精密机床。还有珩磨方法，在珩磨方法的情况中，直径测量系统的测量传感器布置在可扩展的珩磨工具(例如气动测量系统的测量喷嘴)上。以这种方式，钻孔的过程中测量可以在其珩磨期间进行，例如以便进行规定的珩磨过程。有可能将带有参考装置的测量系统的部件附接到珩磨站，该珩磨站通常用于工件机加工，并且可以用于机加工操作中的珩磨。如果集成到珩磨工具中的测量系统随后要被校准，则该校准操作可以在珩磨站以与上述过程类似的方式进行。因此，可扩展珩磨工具将被认为是测量心轴，除了一个或多个测量传感器之外，该测量心轴还支撑一个或多个切削材料体，该切削材料体可以径向地进给，例如以机器珩磨头的形式。出于校准目的，切割材料体应被进给到其径向向内缩回的定位，以避免与参考元件接触。

因此，也可以设想在珩磨站上使用抽屉，该珩磨站具有带测量喷嘴的珩磨工具(“过程中测量”)。这里，还有利的是珩磨工具可以设计得尽可能短并因此尽可能精确。在这种情况下，测量环将被额外地保护，以免被珩磨工具损坏和通过从珩磨工具轴线移出而被珩磨过程磨损。

Claims (18)

1.一种用于利用测量系统(100)测量工件中的钻孔的几何形状的测量方法，所述测量系统具有测量单元(110)，所述测量单元在准备好操作的状态下具有测量心轴(120)，所述测量心轴(120)能够借助于线性驱动器(128)沿着平行于测量心轴轴线(125)的行进路径双向移动；通过借助于所述线性驱动器(128)将所述测量心轴(120)移动到校准定位，利用参考装置(200)通过具有限定内部尺寸的至少一个参考元件(230-1，230-2)对所述测量心轴(120)校准至少一次，在所述校准定位中所述测量心轴(120)的测量传感器布置在所述参考元件的区域中，其特征在于，在测量操作期间，所述参考装置(200)布置在所述测量心轴(120)的行进路径之外的中性定位，使得所述测量心轴(120)能够被引入到待测量的钻孔中，而不需要下降穿过所述参考元件；为了进行校准操作，所述参考装置(200)离开所述中性定位移动到校准定位，其中所述参考元件(230-1，230-2)相对于所述测量心轴轴线(125)同轴地布置在校准位置；所述测量心轴(120)借助于所述线性驱动器(128)移动到校准定位，其中所述测量心轴(120)的测量传感器布置在所述参考元件(230-1，230-2)的区域中；并且，在所述校准定位中，进行用于校准所述测量心轴(120)的校准测量。

2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述参考装置(200)在所述中性定位和所述校准定位之间的来回移动自动进行。

3.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，所述参考装置(200)在所述校准操作完成之后，在所述测量操作恢复之前，被自动移出所述校准定位回到所述中性定位。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的测量方法，其特征在于，在所述中性定位中，所述参考装置(200)被接收在壳体(280)中，所述壳体至少部分地封闭所述参考装置(200)。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的测量方法，其特征在于，为了在所述中性定位和所述校准定位之间的变化，所述参考装置(200)以线性方式在相对于所述测量心轴轴线(125)垂直地延伸的位移方向(205)上移位。

6.一种用于测量工件中的钻孔的几何形状的测量系统(100)，包括：测量单元(110)，其在准备好操作的状态下具有测量心轴(120)，所述测量心轴(120)能够借助于线性驱动器(128)沿着平行于测量心轴轴线(125)的行进路径双向移动；参考装置(200)，其用于校准所述测量心轴(120)，所述参考装置具有限定内部尺寸的至少一个参考元件(230-1，230-2)，其特征在于，所述参考装置(200)可移动地安装，使得所述参考装置(200)能够在校准定位和中性定位之间移动，在校准定位中，所述参考元件布置在相对于所述测量心轴轴线(125)同轴的校准位置中，使得所述测量心轴(120)能够借助于所述线性驱动器(128)移动到校准定位，其中所述测量心轴(120)的测量传感器布置在所述参考元件(230-1，230-2)的区域中，并且在所述中性定位中，所述参考装置(200)布置在所述测量心轴(120)的行进路径之外，使得所述测量心轴(120)能够被引入到待测量的钻孔中，而不需要下降穿过所述参考元件。

7.根据权利要求6所述的测量系统，其特征在于，所述参考装置(200)在所述中性定位和所述校准定位之间的来回移动能够借助于为此目的而提供的驱动器自动进行。

8.根据权利要求6或7所述的测量系统，其特征在于，所述测量系统(100)具有用于接收处于所述中性定位的所述参考装置(200)的壳体(280)，所述壳体(280)至少部分地在所述中性定位封闭所述参考装置，并且所述参考装置有可能移出所述壳体进入所述校准定位。

9.根据权利要求8所述的测量系统，其特征在于，所述参考装置(200)以抽屉的方式被引导，使得其能够以线性方式移入所述壳体(280)和移出所述壳体。

10.根据权利要求8所述的测量系统，其特征在于，所述参考装置(200)具有可移动地安装的承载框架(210)，所述承载框架具有用于接收可更换的参考元件载体(220)的接收结构，所述参考元件载体(220)是能够在没有工具的情况下更换的。

11.根据权利要求10所述的测量系统，其特征在于，所述参考元件载体(220)具有用于接收处于同轴布置的两个或更多个参考元件(230-1，230-2)的接收结构。

12.根据权利要求11所述的测量系统，其特征在于，所述测量系统(100)的部件紧固到承载结构(190)，所述测量单元(110)安装在滑动件上，所述滑动件在线性引导系统(185)上被引导，使得其能够以线性方式在紧固到所述承载结构(190)的主载体(180)上移位，所述主载体(180)支撑所述线性驱动器(128)。

13.根据权利要求12所述的测量系统，其特征在于，所述壳体(280)紧固到所述主载体(180)。

14.根据权利要求12所述的测量系统，其特征在于，用于测量心轴轴线(125)相对于承载结构(190)的取向的无限可变的可逆设置的定向系统(300)，所述定向系统被构造用于所述测量心轴轴线(125)沿着相对于彼此垂直的两个平移轴线的定位的独立设置，并且用于所述测量心轴轴线(125)相对于彼此垂直的两个旋转轴线的取向的设置。

15.根据权利要求14所述的测量系统，其特征在于，所述定向系统(300)具有第一设置单元(310-1)和第二设置单元(310-2)，所述第二设置单元与所述第一设置单元分离，并且布置成距所述第一设置单元(310-1)间距(312)，所述设置单元中的每一个具有：第一设置元件，其用于在第一方向上无限可变地调节所述承载结构(190)和所述主载体(180)之间的间距(314)；和第二设置元件，其用于产生所述主载体(180)相对于所述承载结构(190)在相对于所述第一方向垂直的第二方向上的无限可变的相对运动。

16.根据权利要求15所述的测量系统，其特征在于，所述两个设置单元(310-1，310-2)安装在公共主体(315)上。

17.一种用于在工件中精确机加工钻孔的精密机床，其特征在于，所述精密机床被分配有根据权利要求6至16中任一项所述的测量系统(100)。

18.根据权利要求17所述的精密机床，所述精密机床是珩磨机。

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