CN113770811A - 具有用于感测工具上的切削刃载荷的工具传感器的机床单元 - Google Patents

Abstract

提出了一种用于感测切削刃载荷的方法和电机驱动的机床单元，如多轴旋转头或电机主轴，具有定子单元和至少围绕旋转轴线旋转的转子单元，转子单元包括用于接收工具的至少一个工具接收单元，该工具接收单元具体地包括工具夹持装置，该工具夹持装置可在旋转轴线的长度方向上调节并且夹持力可被施加到该工具夹持装置以用于固定和夹持工具的可释放地可固定的工具柄部，该工具的工具头包括至少一个切削刃，存在被设置用于感测工具上的载荷的至少一个工具传感器，该至少一个工具传感器被实现为用于感测单个切削刃上的切削刃载荷的单个切削刃传感器，现有技术至少部分地改善。这尤其是根据本发明实现的，因为定子单元至少包括一个切削刃传感器。

Description

具有用于感测工具上的切削刃载荷的工具传感器的机床单元

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1所述的电机驱动的机床单元，例如多轴旋转头或电机轴，并且涉及根据权利要求11所述的感测切削刃载荷的方法。

背景技术

对机床而言，存在经由标准化接口连接到机床的各种可互换的装置或工具。在这种情况下，这些工具经由可分离的锥形连接件连接到机床主轴或电机主轴，并且所谓的夹头通过轴向移动被打开或闭合，使得牢固地固定工具所需的轴向力可以被传递到工具，或者也可以稍后被再次释放。

用于加工的工具只能在它们达到典型的磨损极限前使用，该磨损极限通常由制造商指定。如果所使用的工具过度磨损并且磨损超过磨损极限，则加工结果通常不再满足要求。为了避免在制造过程中产生很多的废品，寻求能够原位(如在制造过程中)检查和跟踪工具状态，而不是基于质量控制，例如制造公差或尺寸精度或边缘锐度等，来确定接收到的工件由于工具磨损而不在被维持。

根据EP 2 924 526 Al和WO 2019/101 617 Al，这借助于除了机床以外，配备相应测量传感器的工具老化适配器的测量装置来完成，在该测量装置上，根据在垂直于旋转轴线的两个线性独立方向上取向并且相对于旋转工具静止的分量来感测工具载荷弯曲力矩，并且因此认为是在对应坐标系中感测的值对的分量。在该已知提议的情况下，以这种特别是关于感测的对称性和其干扰方式获得的图像，其中对称性的干扰被感测为与指定状态的偏差，并且被感测为多边缘工具的至少一个切削刃的磨损。该系统已经由公司Pro-MicronGmb H&Co.KG以品牌名称“SPIKE”提供。

在这种情况下，具体指示了通过应变仪感测弯矩分量的值对，该值对从垂直于工具的旋转轴线的两个线性独立方向上实现。该目的是识别工具的状态和对于工具的每个单个切削刃的工具的问题，并且通过磨损特征值来指示这一点。

根据单个切削刃上的磨损，然后应当在早期阶段更换磨损工具，以便特别地避免切削刃/钻刃的断裂，或者尽可能避免机加工的不准确性/或产品/工件的废弃。

然而，该先前系统的主要缺点是涉及巨大的装配和经济费用，尤其是需要附加的、单个的适配器和附加的评估装置或计算机。在这种情况下，测量电子器件或传感器被集成到机床的每个单个的工具架中，这增加了成本和精力。因此，如果存在相应的需要，自发使用另一工具架的效果也仅可能达到有限的程度。

在该系统的情况下，传感器数据/信号从工具适配器无线地传输到评估装置或计算机。这不仅是复杂的，而且易受干扰的影响，尤其是在工业切削加工的“恶劣”条件下，并且在生产大厅通常存在无数干扰源。

此外，力(切削力)的作用与所谓的HSK(空心短锥)平面表面之间的有效长度随着该系统或通过适配器而增加。由于该系统相应地增加了杠杆比，这导致相当大的轴承载荷，这也是不利的。

此外，现在也可以使用“尖峰轴”"(SPIKE inspindle)变体。这使用基本上放置在轴前面的特殊的锥形套筒。尽管该变体不依赖于工具，但是上面提到的技术和经济缺点在很大程度上仍然存在。

无论如何，在所谓的“深孔钻削”的情况下，为便避免钻头在工件中断裂并卡住一部分，非常早期和精确的识别对单个切削刃的潜在危险磨损或变化是非常重要的。这可能被进一步改进。

发明内容

本发明的目的和优点

本发明的目的是提出一种电机驱动的机床单元和/或用于感测切削刃载荷的方法，其中与现有技术和/或更高的需求相比，尽可能地减少装配难度和经济努力，特别是关于加工的准确性和/或加工的安全性和/或单个切削刃的有害磨损的早期识别。

该目的通过分别由权利要求1和11的特征，从上述机床单元和上述类型的方法实现。本发明的有利实施方式和进一步发展通过从属权利要求中陈述的措施而成为可能。

因此，根据本发明的机床单元的特征在于定子单元至少包括单个切削刃传感器。

由于根据本发明布置在定子单元上/中的单个切削刃传感器，有可能配置附加的单个的工具适配器和有显示单元/屏幕的附加评估装置。另外，正如现有技术中的一些情况那样，不必分割转子轴以集成单切削刃传感器。因此，与现有技术相比，特别显著地降低了装配和经济费用。

在本发明的含义内，单个切削刃传感器使得能够感测单个切削刃上的切削刃载荷，甚至特别是在工具头不仅具有一个切削刃，而是在工具头上有多个切削刃的情况下。目前，例如，可商购的钻头通常包括两个单个切削刃，并且在许多情况下，可商购的铣刀包括四个单个切削刃，或甚至多于四个单个切削刃。在本发明内，切削刃缘和所谓的切削刀片或所谓的刀头都可以被理解为切割边缘。在市场上可买到的刀具的情况下，切削刀片或刀头通常由硬质金属、金属陶瓷、多晶立方氮化硼(CBN)、多晶金刚石(PCD)或切割陶瓷构成，或更少地由HSS、HSSE/HSS-PM构成，并且用作例如加工金属、塑料或木材的切割材料载体。

因此，根据本发明，可以有利地感测和分析/评估单个切削刃和/或多个切削刃的诸如磨损或磨损等变化和/或单个切削刃和/或多个切削刃的部分断裂/断裂和/或堵塞/楔入。如果必要的话，还可以实现有利的机器响应，特别是借助于有利的电气/电子监视单元，例如警报或信号和/或显示的输出，和/或加工或操作的减慢和/或停止。

根据本发明，在施加力/切削力和所谓的HSK平面表面之间的有效长度也不是“延伸的”。因此，与上述现有技术相比，由于相对于先前已知的系统显著缩短杠杆比，这导致相当小的轴承载荷。这对轴承的尺寸/载荷具有积极影响。

此外，根据本发明，尤其是通过工具的较短的延伸长度，通常积极地影响操作/过程。工具具有更大的刚性，结果是在操作/处理期间工具的偏转小于现有技术。颤动效应也受到积极影响。由于较短的工具长度，工具仅在较高载荷下开始振动/颤动，这提高了机加工的准确性。

基本上，根据本发明，由于有工具适配器，在没有转换或修改的情况下，可以使用迄今为止市售的工具和工具架等。而且，根据本发明的机床单元的轴承(例如电机主轴等)通常现在不需要/不能改变，这也降低了成本和精力。

因此，根据本发明的传感器系统可以有利地集成在机床单元或电机主轴中。因此不需要将测量电子器件集成到每个工具架/适配器中，或者集成到多个工具架/适配器中，和/或集成到每个工具中以用于机床单元。此外，有利地，每个机器单元或每个电机轴仅需要/安装或装配一次传感器系统或单个切削刃传感器和/或电子器件。因此，根据本发明，成本和费用很低。

优选地，机器监控单元和/或机器显示单元包括处理或评估/表示或传感器评估单元或传感器显示单元，用于评估和/或准备和/或显示/表示(有利地准备好的)传感器信号/传感器数据。因此，与现有技术相比，装配和经济费用也显著降低。传感器信号/数据到(目前总是存在的)机器控制系统或机器监控单元中的处理的集成也可以更好地实现，特别是更快的数据处理，因为没有“引入”单独的评估设备(即，通常也来自另一制造商)，但是相反，经由机器的控制系统或电气/电子监控系统中/通过机器的控制系统或电气/电子监控系统的直接处理。这是非常有利的，尤其是在非常短的反应时间的情况下，例如在切削刃的(传感器检测到的)未决断裂之前或在工具的某一切削刃上的切屑的突然不可预见的卡住的情况下。

有利地，单个切削刃传感器被实现为用于感测施加到单个切削刃的力的单个切削刃力传感器。已经在无数的测试中示出了对作用在单个切削刃上的力或加载/施加到单个切削刃上的力的感测基本上比对工具或刀架上/处的弯矩的感测更直接和有利。尤其是轴向载荷或所施加的力，例如经常出现/存在那些使用的非常多的工具(即钻头、端铣刀等)的情况下，与感测到的弯矩相比可以更好地/更准确地感测和评估。工具或工具架的弯矩通常基本上由径向载荷或力的作用产生，然而，这些弯矩仅在钻孔的情况下间接地存在。

根据本发明，力的有利测量使得能够实现特别精确的结果，即由此可以实现对施加到单个的切割边缘的载荷或力的特别好的感测，例如这可以借助于有利的电子监测单元来进一步使用或处理。

在本发明的有利的变型中，当在轴向方向上观察时，单个切削刃传感器至少部分地布置在工具夹持装置和/或工具保持单元的水平处。因此，如在旋转轴线的方向上观察到的，单个切削刃传感器被布置成紧邻工具夹持装置/夹头/夹持节段和/或工具接收单元，或者在工具夹持装置/夹头/夹持节段和/或工具接收单元的区域中，或在比工具夹持装置/夹头/夹持节段和/或工具接收单元更大的半径的径向方向上。这允许通过向单个切削刃/边缘施加载荷/力而引起的配合支座/止动件、或主轴或工具接收单元/工具夹持装置的位移和/或材料变形，以有利的方式被感测。

在本发明的特定进一步开发中，单个切削刃传感器被实现为位移传感器和/或变形传感器，用于感测由单个切削刃上的切削刃载荷引起的转子单元和/或工具接收单元的至少一部分的位移和/或变形。例如，可以有利地使用/感测或评估由单个切削刃上的载荷产生的(非常小的)轴的位移和/或材料变形，特别是几微米，并且优选地，可以实现在操作或切屑加工期间对机加工的控制/监测。这意味着，有利地，评估/实现沿旋转轴线或在轴向路径上施加力和/或磨损和/或振动。因此，可以实现用于监测每个单个切削刃的机加工过程的全新的可能性，并且由此实现机加工的显著更高的准确性和安全性。

优选地，单个切削刃传感器被实现为无接触操作传感器，用于非接触式感测单个切削刃上的切削刃载荷和/或由切削刃或切削刃上的力引起的轴的位移。因此，有可能从旋转的转子单元或固定地连接到工具的旋转的转子单元或旋转的适配器等将传感器信号或测量数据传送到静态评估单元和/或静态定子单元。与上述现有技术相比，这额外地减少了装配难度和经济费用。而且，有效地防止传感器系统的相应(接触或摩擦)元件的磨损，并且使得使用寿命更长。

因此，根据本发明，数据/信号或信息的中继可以有利地(完全地)通过电缆或借助于(电气)电缆/线路，特别是在机床单元的前部或电动机主轴中，实现感测或“信息处理”。在加工期间，有时旋转速度非常高，并且因此时间间隔非常短，等等，来自工具的各个切割边缘的敏感数据/信号或它们的最小/最小变化通过电缆/线路的中继或传输，基本上不容易受到的传输中的干扰或失真或误差影响。

有利地，单个切削刃传感器被实现为接近传感器，用于感测定子单元/接近传感器与转子单元和/或工具接收单元的至少一部分之间的距离，能够由单个切削刃上的切削刃载荷改变所述距离。在这种情况下，有利地，可以感测/测量转子单元的可移动地安装的部件/轴与定子或定子部件/壳体之间的距离，并且因此可以检测力的作用，尤其是来自各个切削刃的力的作用。以这种方式，尤其是因为可以通过有利的测量布置(例如，相对测量)来滤除各种环境振动，所以可以更精确地检测力的高频(最小)变化。固定在轴承上的测量点，通常固定在电机主轴的前侧上，是非常合适的。

因此，可以以有利的方式感测由工具加工或切削/加工引起的位移和/或材料变形，尤其是转子部件的位移和/或材料变形，即，减小或增加转子单元和定子单元之间的空隙或距离。根据本发明，该距离变化可用于间接感测工具的单个切削刃，或其变化和/或状态，例如磨损/磨损/零件断裂、碎屑的堵塞/楔入等。

在本发明的有利实施方式中，单个切削刃传感器被实现为电感传感器，特别是涡流传感器和/或光学和/或磁性传感器/霍尔传感器和/或超声波传感器和/或雷达传感器。根据本发明，相应的作为已经在商业上可购得和被证实的传感器可以被获取，并且被使用或应用。这改善了感测的成本效益和可靠性。

具体地，将单个切削刃传感器实现为非接触式和/或非接触式传感器，这确保了位移和/或变形和生成的特别有利的感测，并且在必要的情况下，实现有利的传感器信号或测量数据的中继。在这种情况下，可有利地感测转子单元和定子单元之间的距离/空隙改变/减小。对于该目的特别有利的是具有至少一个测量线圈的感应传感器、具有磁性或可磁化材料/元件的磁性传感器和/或具有光波发射器和/或接收器和/或反射器的光学传感器，例如转子单元/工具夹持装置/主轴的变形部分/表面。例如，可见光、激光、UV或红外光和/或光学干涉仪等可以用于感测，例如距离的变化。

优选地，单个切削刃传感器被实现为轴向传感器，其具有在旋转轴线的长度方向上对齐的至少一个感测区域。已经示出，用于施加到工具切削刃或切削刃的力的轴向载荷会对转子/主轴产生(轻微的)轴向位移和/或变形。通过机加工产生的配合支座/止动件、或转子轴或主轴和/或其部件的轴向对齐的压缩可以借助于有利的轴向传感器来感测。根据轴向传感器的布置/设计，以感测可增大或减小的距离/空隙。

在有利的变型中，单个切削刃传感器被实现为具有至少一个感测区域的径向传感器，所述至少一个感测区域相对于旋转轴线的长度方向垂直地对齐。以这种方式，有利地，可以借助于有利的径向传感器来感测转子单元的部件和/或由机加工产生的主轴的配合支座/止动件的位移和/或径向变形。

通常，利用根据本发明的单个切削刃传感器，在损伤和/或破裂和/或结垢、单个切削刃或多个切削刃的有害改变的情况下，仅使用单个传感器可能已经是有利的。因此，例如，在机加工期间(即，旋转操作中)的(四个/六个)切削刃之一的断裂的情况下，或者在转子单元/主轴/电机主轴旋转的情况下，根据本发明，该一个传感器可能已经感测到一个/每个单个切削刃的变化/损伤。这是因为根据本发明在轴/转子单元的完整回转时/之后，在先前的和/或正常/标准化的检测/区域的位置处的位移和/或变形的改变/减小或不存是可检测的。

此外，例如，通过根据本发明的单个切削刃传感器，甚至在工具的机加工或切屑加工开始时，也可以感测优选的多个切削刃中的仅一个切削刃的积垢。这是因为，例如，已经被楔入在单个切削刃和工件之间的碎屑或灰尘颗粒可能导致位移和/或变形，特别是在转子单元上的该特定位置处的更大或更明显的空间位移和/或材料变形，该改变在启动/启动期间，或者在转子单元/主轴的完整回转之后是可检测到的。根据本发明，这可以进一步被感测和处理/使用，例如用于监测或控制和/或制动/停止转子单元或主轴/电机主轴。

通常，感测到的位移和/或变形的变化的有利信令，即，感测到的实际位置和/或实际变形与(期望的)指定位置和/或指定变形的偏差，对于机床的操作者是有帮助的。优选地，信号柱和/或显示/屏幕指示被激活，从而通知操作者改变或损伤，并寻找错误或改变，并消除它。这实现了质量保证的显著改进，或者避免了废品。

借助于有利的旋转编码器等，例如，可以确定单个切削刃/切割段，并且如果必要的话，显示/识别单个切削刃/切割段。

备选地或组合地，(图形)表示/呈现可以在坐标系中实现，特别是笛卡尔或极坐标系。如果需要，相应使用的工具或单个或多个切削刃可虚拟地显示在指示器或屏幕/显示器上，并且在这种情况下，有利地，显示感测/探知的变化/损伤的切削刃/地点或位置，诸如切削刃或部分切削刃的磨损和/或断裂或断裂风险，和/或切削刃上的卡住的碎屑等的断裂风险等。

优选地(立即地或直接地)在感测到变形的变化和/或感测到的实际位置和/或实际变形与(存储/限定的)指定位置和/或指定变形的偏差之后/之后，转子单元的停止/制动或停止可以通过电气监测或控制单元(特别是甚至在工具破损等之前)来生成，使得在工件的加工期间，特别是在精度方面不可能出现不准确性或损害。

有利地，至少两个或更多个单个切削刃传感器被布置在周向方向上，特别是在围绕旋转轴线的相互不同的角位置处和/或围绕旋转轴线对称地布置。以这种方式，可以以有利的方式感测例如上述位移和/或变形以及旋转转子单元(尤其是主轴或电机主轴)的振荡。优选地(立即地或直接地)在感测到旋转转子单元(尤其是主轴或电机主轴)的距离或振荡中的变化之后/之后/期间，和/或感测到的实际振荡与(存储/限定)指定振荡的偏差，转子单元的停止/制动或停止可以借助于电气监测或控制单元来产生，使得在工件的加工期间，特别是在精度方面避免产生不准确性或损害。

本发明有利地涉及感测在运动过程中机加工主轴或电机主轴的部件的弹性位移和/或变形，该弹性位移和/或变形由力或载荷施加到工具的单个切削刃而引起。在这种情况下，有利的是，可以在操作过程中/期间测量由切削力引起的位移和/或变形，并且因此可以得出关于工件相对于每个单个切削刃的安全和精确加工的推论。

原则上，可以在任何时间执行参考测量。以规则的间隔执行测量也可以是有用的，如果必要，可以使用就近的数据集作为参考测量。在没有磨损或切削刃变化的情况下，特别是在数据库或存储介质中，新的或清洁的状态下的参考测量有助于无需额外努力保持或存储实际状态。然而，参考测量的新记录可用于检查距离值是否改变，该改变通常由于常规操作、磨损等而引起。

与技术偏见相反，并非绝对必要使用两个传感器来测量状态，例如，在垂直于旋转轴线的平面中的不同角度位置处，以便确定在不同角度位置处的偏转并且能够使用数据进行评估。相反，在单个角位置处的测量(例如通过单个传感器)是足够的，与特定值的比较有利地被考虑在内。

优选地，转子单元和/或工具接收单元包括至少一个标记和/或测量元件，特别是测量环。例如，转子单元可具有专门用于测量或感测相对于其执行测量的或相对于传感器或其传感器头测量距离的附加元件。

根据传感器/头的类型，测量环可以因此具有有利于测量的特性，例如由合适的材料制成或具有测量标记。由于测量环的尺寸，也可以增加类似于杠杆的效果，即，小的变形在更大的距离上具有更大的影响，使得可以实现更高的测量灵敏度和测量精度。在电感传感器的情况下，在特定的涡流传感器中，如果用于测量环的材料虽然是导电的但不具有铁磁特性，但是仅需要考虑电压的感应，则可能是有利的。测量环可以由例如轻的并且在表面上形成钝化氧化物层并也是耐腐蚀的铝制成。

在本发明的示例性实施方式的情况下，可以将标记和/或测量环放置在例如主轴头上。还可以想到的是，主轴头和测量环或标记将以一件实现，即彼此固定连接或由一种材料制成。例如，如果主轴头和测量环或标记可以由相同的材料制成，后一实施方式适合于生产制造。此外，测量环提供了如下优点：可以几乎任何方式应用参考标记，而不会损害转子单元的功能，从而使得能够提高测量质量。

如果测量值的序列被记录并与例如测量值的另一序列进行比较，则有利地知道两个序列或一系列测量值之间的相位关系。至少要比较的测量值的分配应当以存在恒定相位关系的方式来实现，使得评估可以提供有意义的结果。通常有利的是，如果在相应序列中的两个连续测量值之间，在测量之间一直存在恒定的时间间隔，和/或转子单元已经旋转通过相同的角度，使得可以基于测量来跟踪进行测量的位置之间的角度差。有利地，在本发明的进一步开发的情况下，可以在距离值序列的记录中设置初始点。为此目的，测量环有利地具有参考标记，例如呈凹槽、孔、其它凹槽或高度的形式。原则上，光学标记也是可以想到的。

根据本发明，仅由一个传感器头记录距离值。例如在凹部或高度的情况下，参考标记可以以检查装置将其识别为初始点的方式改变距离。然而，还可以想到的是，通过其他传感装置来感测初始点，例如借助于光学标记。这可以由单个的触发传感器感测，然而，该单个的触发传感器不提供用于评估的距离值，即，在本发明的意义上不表示用于距离测量的附加传感器头。

光学标记的优点是，其可以与快速旋转部件上的较小不平衡相关联。另外，则可以更清楚地区分由于轴向跳动误差引起的偏差和如果参考标记也不能被解释为变形的初始点之间的差别，如具有凹槽或凸起的情况。

原则上可以想到的是，用于感测标记或测量元件/环的原理是可以用于传感器或传感器头的各种类型的传感器，并且可以通过与转子单元和/或测量环或标记的距离来确定。优选地，在此也可以使用非接触式距离传感器，因为根据本发明，传感器或传感器头安装在定子单元上并且与转子单元的一部分的距离是固定的。并且优选地这里使用的是涡流传感器，特别地，涡流传感器通常对油、水或非金属灰尘不敏感，这在机床的操作期间必须当然是预期的。涡流传感器可以被认为是感应传感器。然而，还可以想到的是具有用于感测标记或测量环的电容或光学传感器的示例性实施方式。

有利地，在使用涡流传感器的本发明的另一实施方式的情况下，测量环可以由非铁磁材料制成，例如顺磁性材料，从而还使得能够提高测量精度，因为铁磁材料总是经受机器工具中主要的磁场的影响。因此，如果铁磁材料已经暴露于磁场，则该铁磁材料将保持一定的剩磁，即使不再存在外部场。如果测量环的磁化或确定距离的转子单元的部分的磁化可以影响测量，则应该避免铁磁材料，并且例如应该选择涡流传感器。

为了评估的目的，通常有利的是确定当前测量值与相应参考值之间的差，以便可以识别和评估偏差。由于记录了相对于旋转的转子单元的距离值的时间序列，因此可以经由傅里叶变换将测量信号分解成连续的频谱。因此，几何偏差，即偏离的距离值，根据它们出现的频率来表示。如果在光谱中看到更大、特别是单个出现的几何偏差，则通常可以假设存在轴向跳动误差。

根据本发明用于检查或感测方法，单个切削刃的特征在于以下事实：基本上不存在实际测量的任何时间损失，并且可以在没有限制的情况下执行测量，例如，在每次更换工具或工具架之后。以这种方式，它也可以更容易地集成到加工过程中，特别是由于不需要特别地提供时间段，该时间段仅可以或必须执行测量或检查过程。

通常，相对于定子单元旋转的转子单元是电机-主轴驱动器的一部分。实际的切削工具(铣刀、钻头等)又被保持或夹紧在工具架中，该工具架继而被布置在工具夹持装置中，该工具夹持装置被认为是转子单元的主轴头的一部分。为此目的，工具夹持装置具有用于工具架的安装件。将夹持力施加到工具夹持装置并且在旋转轴线的长度方向上调节夹持力。在这种情况下，夹持装置的一部分可以被抽吸到锥形接收器中，使得工具夹持器或工具继而尤其可以被径向作用的力夹持。夹紧力的移除致使夹紧工具再次释放，且其可从机床移除或改变。

通常，实际传感器容纳在所谓的传感器头中；传感器测量其到转子单元的距离，传感器本身相应地布置在定子单元中。通过电子单元或评估电子器件来处理或评估传感器数据，所述电子单元或评估电子器件可以是计算机控制的。

至少一个传感器头基本上布置在定子单元上、在工具夹持装置的区域中的固定位置处，并且可以测量/感测旋转的主轴头的端面和/或横向上的两者。

然而，原则上，传感器或传感器头也可以布置在可变位置。例如，作为规则，在工具和工件之间卡住的碎屑导致工具不再围绕旋转轴线精确地中心/笔直地运行，或者工具夹持装置略微(也有弹性地)变形，并且未改变的径向真实运行，工具或工具保持器的未改变的轴向真实运行，或在不再确保无角度变化的情况下运行。作为规则，径向真实运行的扰动表示加工过程的特定损伤。这种未对准和/或变形通常发生在横向和端面/轴向侧，并且原则上也可检测到。在所述端面上，测量平行于所述旋转轴线的距离，并且横向地测量到所述旋转轴线的径向距离。可以以这样的方式确定所有这样的未对准和/或变形导致的转子单元的位移。

原则上，测量可以相对于端面和/或转子单元的旋转轴线以90°的角度来实现，但也以与这不同的角度来实现。

在机床的情况下，特别地，关于加工精度存在严格的要求。在机加工中，工具和因此切削刃/切削刃必须以精确限定的方式插入和移动到工具架或工具夹持装置中，使得待加工的工件在指定的公差极限内机加工。即使机床(尤其是工具夹持装置)以必要的精度制造，在机器的使用期间，存在额外因素以防止径向/轴向真实运行或角度误差发生的维护。在机床的操作期间，例如，在机械加工期间发生的碎屑可以粘附到工具或在工具上堵塞，结果是工具不在实际指定位置中旋转。

由于切削刃的磨损和/或碎屑有时非常小，所以与(正常)指定状态的这些误差/偏差通常难以确定并且也以随机方式发生。然而，工具的这种轴向跳动误差或角度失准会导致加工之后工件在公差极限之外。

传感器/头测量时间相关或位置相关的距离值序列。如果传感器/头记录距离值的时间相关序列，则这通常与位置相关序列同时发生，因为转子单元按照时间相关序列旋转，除非在单个测量值的记录之间总是已经实现了一个完整旋转或多个完整旋转。通常，不仅可以根据本发明确定的轴向真实运行中的变化，而且还例如可确定径向真实运行中的角位置。还可以想到的是，如果例如在诸如铣削等的机加工操作的过程中，切削刃位置(相位)相对于有利的标记，例如，参考凹槽等，(以明显的方式)改变，例如在凹坑铣削等的情况下，则确定扭转力矩。在这种情况下，可以根据工具长度确定扭转角。

借助于在转子单元上或在转子轴上的有利位置处的上述标记，即使旋转速度或角速度是未知的，也可以使用参考标记清楚地检测转子单元何时恰好一次旋转完成。特别地，当要确定跳动误差或角度误差而不考虑其他传感器时，在评估中不包括单个的编码器，这是有利的。该标记可以优选地在实际测量过程期间由传感器/传感器头同时检测。因此，原则上，为此目的，不需要进一步的传感器。然而，还可以想到的是，附加的传感器可以被提供用于识别单个标记，特别是如果距离测量要独立于标记识别。

在本发明的变体的情况下，还存在应用多于一个标记的选项，特别是对于测量环。以此方式，甚至可通过测量获得更多信息，从而使得例如感测旋转方向、信号方向或一次同步。为了利用标记的感测获得附加信息，标记还可以具有特定形状，例如倾斜梯形，使得可以从这识别旋转方向。

由于标记还可用于感测转子单元的当前旋转速度或速率，因此根据本发明的方法其对误差测量的准确性具有显著影响。然而，起初需要以恒定旋转速度执行该测量，以使测量值能够相应地与彼此进行比较和相互关联，本发明旨在节省另外需要的时间段，例如，能够在转子单元的(正或负)加速期间执行有意义的测量。

因此，第一或第二距离值序列通常可以被记录在标记区域之外。然而，由于这些测量是在转子单元的旋转的加速阶段期间实现的，所以这些距离值最初不能容易地相关，因为时间相关的采样通常以预定义的时钟速率(即，以相等的时间间隔)实现，但是加速的转子单元旋转到两个连续的时钟脉冲之间的不同程度，因此特别是在至少两个测量序列的情况下，位置不再匹配。然而机加工典型地在恒定的旋转速度/速率下进行，但也可以在加速阶段(较早描述)中实现。

路径-时间关系或角度-时间关系被描述如下：其中

s(t)＝0.5at²+v₀t，

其中s(t)是在时间跨度t中行进的时间相关距离，或者在时间跨度t中扫描的角度范围，a是加速度，v₀是在时间跨度t开始时间点处的当前旋转速度/速率。

根据本发明，可以记录测量值序列。在这种情况下，确定附接到定子单元的传感器/头与转子单元的距离，并且测量该距离是否随着转子单元旋转而改变。为了使序列能够彼此比较，或者能评估数据(例如，为了使序列能够被减去)，相应的位置必须可分配给距离值。然而，在距离值的记录期间通常也测量时间。

转子单元首先在机器启动时加速。该加速度可以以基本上均匀的方式实现，即，a基本上是恒定的。然而，原则上，特别是在转子单元的启动期间，也存在非恒定的加速阶段。

然而，在启动过程开始时，加速度通常在一定时间段内不是恒定的。作为时间的函数的旋转速度在该范围中略微弯曲到左侧，即所谓的S-曲线，即，转子单元以较缓慢的速度开始，使得启动以不平稳的方式进行。这也被称为冲击限制。因此，有利的是不从静止状态而是在近似恒定的加速度的范围内测量。

对于每个序列，可以相应地形成序列向量的集合，所述序列向量的集合包括：

-测量的距离值；

-与距离值的测量时间点有关的时间信息；以及

-旋转速度/速率值，所谓的当前旋转速度/速率；如果转子单元被加速并且在某个时间段内测量旋转速度/速率，则相同的相关联的当前旋转速度/速率值通常也将对应于至少两个序列矢量。

根据本发明，缩放在数学上在以下条件下实现：在快速连续的彼此跟随的两个测量的情况下，可以忽略运动方程的二次分量，即表示可归因于加速度的角度分量。

如果两个距离值的测量值之间的时间跨度被选择为刚好足够小，则这种线性化是可能的。因此，当前旋转速度/速率被分配给第一和第二序列，即使其中一个测量稍后被实现并且实际旋转速度/速率值不同于所分配的当前值。由于描述包括加速度和时间平方的项可忽略，因此在给定的数学条件下通过旋转速度或速率的线性缩放是可能的。因此，测量也可以例如在机器的启动阶段期间实现。总是需要等待机器启动所需的时间段，无论它是短的还是长的时间段，因为在该时间段中，通常还没有达到用于加工操作的预定义条件(诸如工具的旋转速度)。然而，如果在转子单元的启动期间已经确定例如轴向跳动误差或径向跳动误差或角度误差是否存在，则它是特别有利的，因为如果需要，该过程也可以被中断，并且可以在机加工之前执行工具的清洁或重新定位。例如，在工具更换的情况下，通常期望的是，轴向真实运行、径向真实运行或角度位置的变化将发生。如果该偏差变得如此大以至于其超过(可能预定义的)阈值，则存在错误。

因此，也可以增加生产时间，这也直接与成本优势相关联。特别有利地，在测量值的整个记录期间均匀地加速转子单元。这再次简化了评估，该近似仅由忽略来自路径的加速度部分或角度时间图组成。这是可能的，因为连续测量的测量值一个接一个地非常短地记录，并且因此它们的时间间隔或角度距离是很小的，即，作为均匀加速度的情况下的时间的二次函数的加速度项变得相应地可忽略。

因此，在本发明的示例性实施方式的情况下，缩放通过确定在不同时间刻的当前旋转速度/速率和旋转速度或率测量之间的时间间隔来执行，其中加速度考虑在内。忽略加速度项的结果是，路径时间图或角度时间图包括线性项，该线性项线性地取决于时间，并且其中旋转速度/速率(路径速度或角速度)(而不是加速度)被作为常数。根据本发明的实施方式，可以以各种方式确定当前的旋转速度/速率。例如，通过测量传感器/头对标记的两次连续检测之间的时间，基于标记来确定当前旋转速度或速率可能是方便的。如果标记仅构成角度段中的相当窄的部分，理想地是冲压机标记，则这样的测量方式都是更准确的。此外，可以想到的是，以其占据预定义的弧形部分的方式实现标记，并且确定在已知的角度段上延伸的标记通过传感器头的时间。

例如，如果提供单个标记，也就是说，每次旋转标记精确地通过传感器头一次，则测量一次旋转速度测量或速率，该当前旋转速度/速率是在一个旋转内的速度变化的不准确性确定的。然后不考虑作为旋转的该时间段内的加速度引起的差异。相反地，当标记仅构成360度的整个旋转角的小部分时，并且例如，当在旋转方向上标记的前部到达传感器头的区域，并且在旋转方向上标记的后部随后通过传感器头时，测量相应地更精确，

例如，本发明的一个实施方式的标记可以实现为凹槽，例如在附接到转子单元的测量环中，特别是为了该目的，使得凹槽外部和凹槽内部的区域具有不同的距离值。然后测量在凹槽的边缘处发生的侧面，并且相应地测量由传感器头测量的距离值。凹槽原则上可以具有垂直于旋转轴线或径向地延伸到旋转轴线或倾斜侧面的侧面。

因此，可以在测量距离值时，通过传感器/头跟踪进展。根据当前角速度或路径速度，可以以更短或更长的时间间隔观察侧面(flank)的发生。特别地，在高旋转速度的情况下，能够以如下方式执行线性化的近似实现：例如测量值的第一或第二时间相关和/或位置相关序列的测量值在转子单元的一次旋转内执行。在这种情况下，假设旋转速度或速率在旋转内保持恒定。特别是在诸如用机床发生的高旋转速度的情况下，该近似明确地受到微小误差的影响。特别地，在启动阶段结束时，可以预期更高的角速度，使得在该范围中进行的估计的测量比在启动阶段的开始处更准确。

检测覆盖特定角度段的标记的边缘意味着标记在某种意义上被分成子标记，使得例如，当标记进入传感器头的区域并再次离开传感器头的区域时，可以通过传感器/头确定标记。因此，例如，当标记进入传感器头的区域并且第一侧面被传感器头感测时，可以测量该标记。在这情况下，发生标记的两个测量事件之间的时间间隔，并且具有相同的距离值。类似地，当标记移出到传感器头的区域之外时，可以使用时间点。以这种方式，可以进行误差估计，因为以这种方式，对于每个测量点，即对于存在相同距离值的两个点，可以确定当前的旋转速度或速率，但是同时也可以测量位于这两个点之间的时间间隔。

如上面已经阐述的，可以确定相应的旋转速度/速率，即，基于在某个角度范围上延伸的标记或者基于在一次旋转之后相同标记的外观。以这种方式，如果假定在时间上连续的点处加速度项可以被忽略不计，估计速度如何随时间改变，则从中估计在近似期间发生的错误。

以这种方式，还可以有利地确定该方法如何精确地工作，并且在必要的情况下相应地调整它。在本发明的有利实施方式中，距离值的时间或位置相关序列可以用作参考测量。例如，可以想到的是，适当地测量新的机床、新的工具架、新工具，其中尚未通过机加工操作处理碎屑，并且将第一测量值序列记录为基准。还可以想到的是，在清洁操作之后用清洁的工具架运行转子单元，以便产生相应的参考测量值。因此，可以确定与参考测量的任何偏差，并且然后评估偏差是否具有这样的大小：存在径向跳动误差、轴向真实运行的变化或角度误差、以及因此单个切削刃中的一个的变化。以这种方式，可以显著地改进机加工的精度。相对于参考测量，与运行情况的测量构成比较测量。

也可以基于该力信号来推断/感测可能的切割状态。根据本发明，可以根据实际磨损来替换工具，而不是按经验基于通常由制造商指示/指定的使用寿命来替换工具。这又节省了工具坯料中的成本，也节省了主轴等工具上的维护工作，主轴等工具可使用更长的时间，并且主轴不会因磨损的工具而变得过载。

在距离值序列的情况下，特别地，标记可以被设置为初始点，以使得距离值能够被分配给彼此不同的序列，特别是在求差和/或傅里叶变换中。在该程度上，参考测量是有利的，因为作为测量本身的结果，可以确定何时已经执行一次完整的旋转。当在没有与由其他传感器或由机器控制提供给电子评估系统的当前速度或速度相关的值的情况下执行该方法时，而是仅由传感器头或传感器头的值实现该决定，这是特别有利的。

原则上，可以在一次旋转期间完全捕获每个距离分布。然而，旋转速度非常高，通常也可以有利地以相对高的采样率实现测量。例如，如果由于卡住的碎屑和/或由于稍微磨损/断裂的工具或切削刃而存在轴向跳动误差或角度误差，则周期性出现的偏差将是可确定的并且可分配给单个切削刃。为了使得这能够以有利的方式评估/处理或实现，特别是为了简化评估，尤其是为了实现例如信号的傅里叶变换，其被执行为离散傅里叶变换，优选地作为FFT或DFT。为此，第一序列和第二序列的值可以彼此相减，在这种情况下，距离测量的位置必须为此目的而匹配。然而，这种求差也可以在相应序列的傅里叶变换之后执行。理想地，所有距离值将是相同的，使得与参考测量相比，在轴向真实运行中不存在变化，而不存在径向真实运行的损伤或没有角位置的改变。然而，由于静态和系统误差，在单个的测量中，即使没有轴向真实运行的改变，没有改变的角位置，或者没有径向跳动误差，不能预期传感器/头总是精确地测量相同的距离值。

如果距离值具有不规则性，特别是奇异点，则它们可以被相应地确定，因为它们被周期性地检测到，并且因此也可以将它们与可以作为傅里叶变换的结果确定的频率相关联。还可以想到的是，可以执行时间相关的或位置相关的序列的平均值，其中随后在平均值之间取差。

取决于存在的误差的类型(具有局部位移和/或变形的轴向跳动误差，或具有均匀距离变化的角度误差)，这也可以导致识别图案，如果识别图案已知，该识别图案提供关于它是什么类型的误差的信息，例如，可以发现是否存在破损和/或碎屑被卡住，等等。在这方面，神经网络的使用也是可能的。该测量有利地使得不仅可以识别错误的发生，而且还更详细地确定错误实际上由什么组成，使得最终可能例如通过选择性地替换损坏的切削刃或所谓的切割插入件来补救错误。因此，机器的停机时间可显著降低。在评估序列中，例如，可以搜索测量信号中的对应变化，即，用于改变的时间相关或位置相关距离值。

然而，必须考虑的是，每个测量原则上也受到误差的影响。测量值越精确，并且进行测量的采样率越高，也预期，即使在足够的轴向真实运行的情况下，也不会总是在一次旋转上测量相同的距离值。因此，能够估计容差是有利的。特别地，可以定义阈值，超过该阈值实际假设存在关键磨损和/或楔形碎屑，或者导致与轴向真实运行或径向真实运行的偏差的另一个错误，或者导致实际上也必须校正的角度误差。在这方面，可以有利地将测量的这种变化与预定阈值进行比较。

在本发明的示例性实施方式的中，特别是在与每单位时间的转子的转数相对应的频率值的傅里叶变换中，可以将距离的求差与评估序列中的阈值进行比较。在超过阈值的情况下，假定轴向跳动/径向跳动误差或角度误差，因为例如单个切削刃的断裂导致局部位移和/或变形。

此外，在本发明的实施方式中，可以根据时间相关或位置相关序列中的两个的差异来确定转子单元或旋转轴线的变化。这种位移/变形可具有效果，例如，工具比预期或早或晚与工件接触，或者如机器控制系统所提供的那样。这可以被识别/感测，并且也相应地影响加工精度。有利地，可以实现起始切割的识别。

原则上，根据本发明，不仅可以测量作用的总力，而且还可以测量单个的切割边缘力，例如通过可以利用这种精度/速度来解析/测量的有利的涡流传感器。

以这种方式，可以识别切削刃力的临界增加，并且可以在到达切削刃和/或工具的可允许的最大力并且在断裂之前实现主动干预。然后可以例如通过缩回工具并由此释放切削刃来实现主动干预，并且如果必要的话，同时冲洗工具的碎屑通道。

尽管有预防性措施，但工具破损可以一次又一次的发生，例如，如果碎屑纯偶然地楔入铣刀或钻头的凹槽中。即使通过传统的具有工艺可靠性的磨损检测，也无法预测工具破损。特别地，在深孔钻孔的情况下，即使在过程的非常先进的阶段，这也已经发生，这在许多情况下导致废品，因为例如钻头不能被侵蚀掉。深孔钻孔通常是深度大于钻孔直径的七倍的钻孔。本发明现在提供了显著的改进，尤其是在迄今为止关键的深孔钻孔的情况下，而且在普通钻孔或铣削工作等方面也是相当大的程度改进，其中可以实现对加工过程的相应关键状态/情况或工具和单个切削刃的相应关键状态/情况的非常早期和/或迅速的识别。

附图说明

在附图中表示本发明的示例性实施方式，具体地，示出了：

图1是根据本发明的第一机床单元的示意图，

图2是根据本发明的用于检查夹持状态的检查方法的一部分的示意图，

图3示出了旋转速度和时间之间的关系，以说明转子单元的启动，

图4示出了施加到测量环的径向布置的凹槽，

图5是在检测到凹槽时的距离-时间图，

图6是基于距离-时间图的误差估计的图示，

图7示出了根据本发明的具有径向传感器的电机主轴的示意性截面细节，

图8示出了根据本发明的另一电机主轴的示意性截面细节，电机主轴具有轴向传感器，

图9是根据图8的电机主轴的旋转轴线方向上的示意性横截面，电机主轴具有根据本发明的两个轴向传感器，

图10在俯视图和透视图中示意性地示出了具有四个切削刃的待监测的铣削工具，

图11以示意性形式示出了凹槽的加工工艺，其中芯片的干扰已经由过量的进给运动引起，

图12示出了在钻孔过程的一次旋转期间具有四个切削刃的工具的示意性轴向偏转。

具体实施方式

在下面基于附图更详细地解释本发明的示例性实施方式。

图1示出了具有定子单元2和转子单元3的机床单元1的示意图，其在图1中是这种情况，特别地，主轴头被认为是转子单元3的一部分。定子单元2具有环4，传感器头以轴向传感器5的形式附接到环4。转子单元3包括由金属制成的测量环6，其有利地由顺磁性材料制成。轴向传感器5被布置成测量到转子单元3的端面表面的距离。然而，也可以想到相对于旋转轴线径向的横向测量。确定距离的该表面位于测量环6上。轴向传感器5被实现为涡流传感器，以便即使有任何结垢，也可以获得最准确的测量。

传感器头/轴向传感器5连接到电子单元7；两者共同形成检查装置8，检查装置8又连接到机器控制系统9，使得如果需要，在过度轴向跳动误差的情况下控制系统中可实现干预。

在特别优选的进一步开发的情况下，仅提供一个传感器头5。可以想到另外使用触发传感器，例如用于识别测量环6上的光学参考标记，在这种情况下，这种触发传感器也可以例如附接到传感器环4。该标记还可以被实现为凹槽等。利用这样的触发传感器，仅触发测量的初始点，使得在评估中，可以更容易地定义测量值彼此的相位关系。触发传感器不是绝对必要的，并且也没有在图1中进一步表示。

定子单元2包括用于传感器环4的外壳10，以及轴承盖11。存在连接到转子单元3的工具夹持装置12(图1示出了锥形环)。

首先在每种情况下利用新的机床单元1获取参考测量值的序列20，使用可用的工具50(例如，图10)，其被夹持到工具架中。这可以在工厂或在客户的站点完成。参考测量也可以利用工具50或工具架实现；然而，这不是必要的，但是在某些情况下，它增加了测量的精度，并且可能便于检测到工具50的切削刃53的甚小的变化，特别是如果例如单个的工具50或工具架将被使用的话。在操作期间，随后针对相同的工具50或工具架确定距离值的新序列21。

例如，可以使用以下程序来检测切削刃变化或载荷：

1.主轴的启动到标称旋转速度

1.a.使用如上所述的一般参考，和/或来自/借助电子/电存储器，和/或

1.b.参考值记录，在时域中，只有机加工过程正在运行，才临时存储该过程，然后将该过程/操作与该参考值进行比较，和/或

1.c(仅)形成参考FFT(见下文)，其在一些情况下足以识别频谱中的变化，例如颤动，

2.a然后对各个旋转进行评估，以便以更好的精度识别切削刃变化，和/或实现可视化或显示，和/或

2.b记录以固定间隔实现，即，评估(总是)在固定间隔(例如，每10ms)上进行，和/或

2.c通过AI来实现评估，

3.a结果可视化，和/或

3.b操作被修改，诸如修改/调整馈送速率，和/或

3.c操作或者过程的控制。

因此，可以针对不同的工具50或工具架执行一组参考测量；该操作增加了识别精度。由于序列20、21优选地已经在机床1的启动时被记录，并且因此在转子单元3的加速期间，相应距离值的位置数据必须被缩放以使得它们能够彼此比较。在图2中，相应地针对序列20、21缩放这些值。在图2中，形成差22。随后，以傅里叶变换的形式实现信号的频率分析23。检查(方法步骤24)在某一频率处(例如在转子单元3的旋转频率处)是否存在偏差，或者在这些频率处发生这种改变的频率。如果这些超过临界和/或预定/存储的阈值K(参看，例如，图11)，则存在干扰变量或干扰，例如，切削刃53的临界磨损、切削刃53的破损或由于在A区域中的楔形碎屑而引起的切削刃53(幅度评估：方法步骤25)的变形。

在串联操作中，参考测量可以在非常短的时间间隔处执行，特别是在工具改变之后，可能在第一启动阶段期间执行一次，并且根据本发明的单个切削刃检查可以优选地在每个/整个加工阶段期间执行。在图3中，作为示例，转子单元3在第一个300ms中加速，在该第一个300ms期间已经取得测量值。S-曲线S示出了略微向左弯曲的曲线，即缓慢启动，以避免转子单元的颠簸运动。线性化在该范围内是无用的，因为加速度不是恒定的，并且通过忽略加速度分量的近似通常太不准确。然而，基本上，如果这里没有检测到轴向跳动，则可以执行机加工，即工具50和工具架被正确地夹紧/装配。否则，出于安全原因，制动可能是必要的。从大约300ms开始，为加工示例获得大约4000转每分钟的恒定速度。

图4示出了转子单元3的截面透视图，转子单元3包括测量环6，测量环6在侧区域中具有槽N。放大表示示出了边缘区域F1、F2，边缘区域F1、F2可以被实现为侧面并且可以相应地高的采样率被感测。因此，例如，当前的旋转速度/速率也可以通过传感器头在凹槽N的开始和结束处感测相应的侧面来确定。

图5示出了两个图示，示出了当凹槽N在每种情况下以不同的速度通过传感器头5时传感器头5和转子单元3之间的测量距离u的廓线，这里是旋转速度/速率的10倍。在侧面F1、F2的区域中，距离u对时间的依赖性是斜坡形的，因为F1、F2的区域中的凹槽N也具有斜坡状路径。因此，该廓线在时间上以较高的旋转速度/速率10v₀被压缩。

图6进而示出在短时间间隔的情况下可以如何估计线性化中的误差(忽略加速度项)。

相对于其距离u直接连续地测量相同的凹槽N。由于存在均匀的加速度，所以例如在速度v₁处发生的槽的后续测量相对于先前的一个(即v1＞v0)相比被压缩。这两个测量事件之间存在一次旋转。在线性化中，假设两个测量事件之间存在相同的旋转速度/速率。两个测量事件之间的时间间隔是相同侧面F1(或F2)的两个距离相同点之间的时间。因此，可以估计最大误差。

Δv/Δt＝(v₁-v₀)/Δt。

图7和8示出了本发明的两个进一步有利的变型，图中是机床的电机主轴3截面图。如在机床构造中常见的，具有多个夹持段2的夹头1的一侧被表示为处于未夹紧状态(部件没有显示)，和被表示为在电机主轴3或夹头1中的夹紧状态。

在图7和图8的电机主轴3的所表示的夹紧部分中，可以看到根据本发明的单个切削刃传感器4。在图7中，该传感器4具有径向对准的有效范围，并且在图8中，其具有在旋转轴线D中对准的有效范围。因此图7展示了本发明的径向传感器4，图8展示了本发明的轴向传感器4，然而，图7和8中不可见的是根据本发明的任选地可用的第二传感器4，因为如果使用的话，这将在周向方向上偏移布置，特别是90°或180°等，并且因此在截面图中不可见。根据本发明的具有两个传感器4的布置在横截面中是可见的，例如在图9中。

工具50的切削刃53的变化，其在本申请的图7和图8中没有更详细地表示，或由载荷或施加力导致工具50或切削刃53相对于旋转轴线D轴向地和/或径向地引导，主轴5的区域X，或在图7中示意性地表示的电机主轴3的后座(counter-holder)6或止动/环元件6的区域X在径向方向R上变形或加宽。因此，转子单元或主轴5与包括径向传感器4的定子单元10之间的距离9或空隙9被改变或减小。

根据上文提及的区域X中的参考测量的状态是在本发明的意义内的指定状态，并且由切削刃53中的力/变化引起的感测到的实际位移和/或变形或实际状态的改变，因此以有利的方式用于监测/控制电机主轴3，即优选地用于监测或检查单个切削刃。

在图8中，可进一步感测和处理包括轴向传感器4的测量臂11的轴向对齐变形，或距离9中的轴向变化A。该轴向变化A又通过切削刃53上的力/变化F，或者工具50的切削刃53上的轴向和/或径向变形/变化，其被传递到工具接收单元8和元件6。

在图9中表示的是根据图8的变体的横截面的简图，示出了两个传感器4的可选布置。这两个传感器4以及根据图7的两个径向定向的传感器4(未被更详细地表示)优选地在周向方向上偏移90°或180°。由单个切削刃上的载荷引起的电机主轴3和/或工具接收单元8的反向保持器6或止动/环元件6的对称或不对称的位移和/或变形/改变可以由两个传感器4感测并以有利的方式进行分析/评估。

在图10中示意性地表示的是市场上可买到的工具50或铣刀50。其具有工具头51，在这种情况下，工具头51具有四个单个切削刃53和刀柄52。工具柄52通常保持在工具架中，该工具架未被更详细地表示，并且工具柄被插入到工具接收器中。

图12示出了在钻孔过程的一次旋转期间具有四个切削刃53(诸如图10中所示的铣刀50)的刀具50的轴向偏转的示例。这里清楚示出的是由四个切削刃53引起的偏转的四个峰。在这种情况下，一个峰值略微变平，这表示稍微受损的切削刃53或一定量的磨损。

在图11中作为示例性目的示出的是加工槽的过程，其中碎屑的卡塞已经由过量的进给运动引起。这可以在中间区域中看到，在两个非常高的峰值处。作为示例，在图11中，在图中绘制了预定/临界阈值K，其已经被第二特别高的峰值超过。这是为了说明，例如，存储的阈值K可以被预定义为指定状态/值，并且当被超过时(如由图11中的示例所表示的)可以导致机器响应和/或以有利的信令或显示/警报的输出。以这种方式，例如，可能在加工点处或切削刃53中的一个处不利地卡住可能过大的切屑，这可能导致立即停止和/或警报，使得可以以有效的方式防止工具50或切削刃53中的一个破损或工件的机加工不准确。

标记列表

1 机床单元

2 定子单元

3 转子单元

4 传感器环

5 轴向传感器

6 测量环

7 电子单元

8 检查装置

9 机器控制系统

10 外壳

11 轴承盖

12锥形环/工具夹持装置

20 基准信号

21 测量信号

23 频率分析

24 频率搜索

25 幅度评估

50 工具

51 工具头

52 工具柄

53 切削刃

101 夹头

102 夹头元件

103 电机主轴

104 传感器

105 主轴

106 止动

107 元件

108 工具接收单元

109 距离

110 定子单元

111 测量臂

A 改变

a 加速

D 旋转轴线

F 力

F1，F2 凹槽边缘处的侧面

K 阈值

N 凹槽

R 方向

t 时间

u 距离

v₀ 旋转速度/速率

X 区域

相位差。

Claims (18)

1.一种电机驱动的机床单元(1，103)，例如多轴旋转头或电机主轴(103)，具有定子单元(2，110)和至少能够围绕旋转轴线(D)旋转的转子单元(3，105)，所述转子单元(3，105)包括用于接收工具的至少一个工具接收单元(108)，所述工具接收单元(108)具体地包括工具夹持装置(101)，所述工具夹持装置(101)在所述旋转轴线(D)的长度方向上可调节，并且夹持力能够被施加到所述工具夹持装置(101)，用于将所述工具(50)的可释放地固定的工具柄部进行固定和夹持，所述工具(50)的工具头(51)包括至少一个切削刃(53)，优选地至少两个/四个切削刃(53)，存在至少一个工具传感器(5，104)，所述工具传感器(5，104)被设置用于感测所述工具(50)上的载荷，所述工具传感器(5，104)被实现为用于感测所述单个切削刃(53)上的切削刃载荷的单个切削刃传感器(5，104)，其特征在于所述定子单元(2，110)至少包括所述单个切削刃传感器(5，104)。

2.根据权利要求1所述的机床单元，其特征在于，所述单个切削刃传感器(5，104)被实现为用于感测对所述单个切削刃(53)的力施加的单个削刃力传感器(5，104)。

3.根据前述权利要求中任一项所述的机床单元，其特征在于，在轴向方向(D)上观察时，所述单个切削刃传感器(5，104)至少部分地布置在所述工具夹持装置(101)和/或所述工具接收单元(108)的水平处。

4.根据前述权利要求中任一项所述的机床单元，其特征在于，所述单个切削刃传感器(5，104)被实现为无接触操作传感器(5，104)，用于非接触式感测所述单个切削刃(53)上的切削刃载荷。

5.根据前述权利要求中任一项所述的机床单元，其特征在于，所述单个切削刃传感器(5，104)被实现为距离感应器(5，104)，用于感测所述定子单元(2，110)和/或所述距离感应器(5，104)与所述转子单元(3，105)和/或所述工具接收单元(108)的至少一部分之间的距离(109，u)，该距离(109，u)使得它能够由所述单个切削刃(53)上的所述切削刃载荷改变。

6.根据前述权利要求中任一项所述的机床单元，其特征在于，所述单个切削刃传感器(5，104)被实现为具有在所述旋转轴线(D)的长度方向上对齐的至少一个感测区域的轴向传感器(5，104)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的机床单元，其特征在于，所述转子单元(3，105)和/或所述工具接收单元(108)包括至少一个标记(N)。

8.机床，包括工具(53)和根据前述权利要求中任一项所述的机床单元(1，103)。

9.用于感测工具(50)的单个切削刃(53)上的切削刃载荷的方法，其中，使用工具(50)的工具头(51)，该工具头具有至少一个切削刃(53)，优选地至少两个/四个切削刃(53)，工具(50)和/或用于保持工具(50)的工具架，特别地可拆卸地固定到转子单元(3，105)的工具接收单元(108)的工具夹持装置(12，101，108)，由电机驱动的机床单元(1，103)接收，特别地，在工具(5)的夹持中，工具夹持装置(12，108)在旋转轴线(D)的长度方向上被调节和/或被布置在转子单元(3)的主轴头和/或工具接收单元(108)中，机床单元具有定子单元(2，110)，转子单元(3，105)相对于定子单元(2，110)被安装成能够围绕旋转轴线(D)旋转，至少一个工具传感器(5，104)被用于感测工具(50)上的载荷，工具传感器(5，104)被实现为用于感测单个切削刃(53)的切削刃载荷，其特征在于，该方法包括以下方法步骤：

·将单个切削刃传感器(5，104)布置在定子单元(2，110)上；

·提供单个切削刃传感器(5，104)的至少一个传感器头(5，104)，用于确定定子单元(2，110)和/或传感器头(5，104)与转子单元(3，105)的至少一部分和/或工具接收单元(108)/主轴头的至少一部分之间的距离(109，u)，该距离(109，u)由单个切削刃(53)上的切削刃载荷改变，

测量从转子单元(3，105)和/或工具接收单元(108)/主轴头的一部分的距离(109，u)；

记录通过单个切削刃传感器(5，104)和/或传感器头(5，104)测量的距离值的至少一个时间相关和/或位置相关序列(20，21)，以及

只考虑测量的距离值(109，u)与转子单元(3，105)/工具接收单元(108)/主轴头(5，104)相对于单个切削刃传感器(5，104)和/或传感器头(5，104)旋转的部分的时间相关和/或位置相关序列，来确定轴向跳动和/或径向跳动和/或角度变化和/或扭转力矩。

10.根据前述权利要求任一项所述的用于感测切削刃载荷的方法，其特征在于，在所述转子单元(3，105)和/或工具接收单元(108)/主轴头上提供标记(N)，

单个切削刃传感器(5，104)和/或传感器头(5，104)在测量期间感测转子单元(3，105)上的标记(N)，

基于由单个切削刃传感器(5，104)和/或传感器头(5，104)感测到标记(N)来感测转子单元(3，105)的当前旋转速度/速率(v0，v1)。

11.根据前述权利要求中任一项所述的用于感测切削刃载荷的方法，其特征在于，所述转子单元(3，105)的当前旋转速度/速率(v0)是基于所述标记(N)来确定的：

在旋转期间将转子单元(3，105)的特定角度段标记为一个标记(N)，并且确定在已知角度段的情况下传感器头(5)用于标记(N)以使单个切削刃传感器(5，104)和/或传感器头(5，104)通过所需的时间，和/或

测量由单个切削刃传感器(5，104)和/或传感器头(5，104)进行的标记(N)的两次连续检测之间的时间。

12.根据前述权利要求中任一项所述的用于感测切削刃载荷的方法，其特征在于，凹槽(N)用作标记(N)，使得所述凹槽(N)外侧和所述凹槽(N)内侧的区域具有不同的距离值(109，u)。

13.根据前述权利要求中任一项所述的用于感测切削刃载荷的方法，其特征在于，在理想/正常切削状态，特别是在由所述机床单元(1，103)进行第一机加工操作之前和/或在清洁操作之后，记录被用作参考测量的距离值(109，u)的时间相关和/或位置相关序列(20，21)，优选地针对所使用的每个工具(50)单个地记录。

14.根据前述权利要求中任一项所述的用于感测切削刃载荷的方法，其特征在于，所述标记(N)被用作初始点，并且用于评估的所述初始点被分配给所述距离值序列，以便使得不同序列(20，21)的所述距离值能够被分配给彼此，特别是在所述求差(22)和/或所述傅里叶变换(23)中。

15.根据前述权利要求中任一项所述的用于感测切削刃载荷的方法，其特征在于，通过以下计算中的至少一个来确定值的评估序列：

·在时间相关序列(20，21)中的两个之间的求差(22)，随后是第一和第二时间相关和/或位置序列(20，21)的先前形成的傅立叶变换(23)，特别是差异的离散傅里叶变换，优选FFT和/或DFT，和/或

·在每个情况下的序列的傅里叶变换，特别是离散傅里叶变换，优选是FFT和/或DFFT，并且随后是分别在傅立叶变换的时间相关序列(20，21)之间的求差，和/或

·形成时间相关和/或位置相关序列的平均值，随后求平均值之间的差。

16.根据前述权利要求中任一项所述的用于感测切削刃载荷的方法，其特征在于，所述评估序列被搜索(24，25)用于超过预定义阈值(K)的偏差或至少两个偏差，并且在超过所述阈值(K)的情况下，假定切削刃的变化，特别是切削刃的磨损和/或切削刃的断裂和/或切削刃/夹持的堵塞。

17.根据前述权利要求中任一项所述的用于感测切削刃载荷的方法，其特征在于，在所述评估序列中，特别是在对应于所述转子单元(3，105)的每单位时间的转数的频率值的情况下，在所述傅里叶变换中，所述距离(109，u)的求差与阈值(K)进行比较，并且在超过所述阈值(K)的情况下，假定切削刃的变化，特别是切削刃的磨损和/或切削刃/夹紧的切削刃破损和/或堵塞。

18.根据前述权利要求中任一项所述的用于感测切削刃载荷的方法，其特征在于，通过应用人工智能，特别是通过由机器学习来推断所述错误和/或来自所述序列(20，21)的变化，来执行在切削刃中是否存在变化，特别是切削刃的磨损和/或切削刃/夹持的断裂的确定。

Images