DE102013203340A1

DE102013203340A1 - Method and device for fluidic geometry measurement

Info

Publication number: DE102013203340A1
Application number: DE102013203340.0A
Authority: DE
Inventors: Ronald Angerbauer; Joachim Klima
Original assignee: Nagel Maschinen und Werkzeugfabrik GmbH
Current assignee: Nagel Maschinen und Werkzeugfabrik GmbH
Priority date: 2013-02-28
Filing date: 2013-02-28
Publication date: 2014-08-28
Also published as: EP2961568A1; WO2014131621A1; CN105228796A; JP2016513265A

Abstract

Zum berührungslosen Messen der Geometrie einer Werkstückoberfläche (165), insbesondere zur Messung der Geometrie von im Wesentlichen rotationssymmetrisch gekrümmten Werkstückoberflächen an mittels Honen oder Finishen bearbeiteten Werkstückabschnitten vor, während und/oder nach einer Feinbearbeitung, wird ein Messsystem (150) verwendet, das mindestens eine Messdüse (152, 153) aufweist, die an einem Werkzeug (140) angebracht und über eine Druckfluidleitung (156, 157, 155, 154) mit einer entfernt von der Messdüse angeordneten Druckfluidquelle (151) verbunden ist. Die Messdüse wird zur Durchführung einer Messung in die Nähe der Werkstückoberfläche (165) gebracht und eine vom Abstand (A) zwischen der Messdüse und der Werkstückoberfläche abhängige Eigenschaft des Druckfluids wird gemessen und zur Bestimmung des Abstands ausgewertet. Dabei wird mittels eines Durchfluss-Sensors (170) ein Fluidstrom des durch die Druckfluidleitung zu der Messdüse strömenden Druckfluids gemessen und ein Sensorsignal des Durchfluss-Sensors wird zur Ermittlung des Abstands ausgewertet.For the contactless measurement of the geometry of a workpiece surface (165), in particular for the measurement of the geometry of essentially rotationally symmetrically curved workpiece surfaces on workpiece sections machined by means of honing or finishing before, during and / or after fine machining, a measuring system (150) is used which has at least one Measuring nozzle (152, 153) which is attached to a tool (140) and is connected via a pressure fluid line (156, 157, 155, 154) to a pressure fluid source (151) arranged remotely from the measuring nozzle. To carry out a measurement, the measuring nozzle is brought close to the workpiece surface (165) and a property of the pressure fluid that is dependent on the distance (A) between the measuring nozzle and the workpiece surface is measured and evaluated to determine the distance. A flow of fluid of the pressurized fluid flowing through the pressurized fluid line to the measuring nozzle is measured by means of a flow sensor (170) and a sensor signal from the flow sensor is evaluated to determine the distance.

Description

HINTERGRUNDBACKGROUND

Die Erfindung betrifft Verfahren zum berührungslosen Messen der Geometrie einer Werkstückoberfläche mit Hilfe eines fluidischen Messsystems nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, eine Vorrichtung zur materialabtragenden Feinbearbeitung einer Werkstückoberfläche eines Werkstücks nach dem Oberbegriff von Anspruch 10, sowie ein Messsystem, welches im Rahmen des Verfahrens und der Vorrichtung einsetzbar ist.The invention relates to methods for non-contact measurement of the geometry of a workpiece surface with the aid of a fluidic measuring system according to the preamble of claim 1, a device for material-removing fine machining a workpiece surface of a workpiece according to the preamble of claim 10, and a measuring system, which in the context of the method and the Device is used.

Zu den bevorzugten Anwendungsgebieten gehören die messungsunterstützte Feinbearbeitung von Innenflächen von Bohrungen durch Innenhonen und die messungsunterstützte Feinbearbeitung von weitgehend rotationssymmetrisch gekrümmten Außenflächen von Werkstücken durch Bandfinishen bzw. Superfinishen oder Außenhonen, wobei im Zusammenhang mit der Feinbearbeitung, d.h. vor, während und/oder nach der Feinbearbeitung, eine Messung zur Bestimmung der Geometrie der Werkstückoberfläche durchgeführt wird.Among the preferred applications include the measurement-assisted fine machining of inner surfaces of holes by Innenhonen and the measurement-assisted fine machining of largely rotationally symmetrical curved outer surfaces of workpieces by Bandfinishen or Superfinishen or external honing, which in connection with the fine machining, i. before, during and / or after the fine machining, a measurement is carried out to determine the geometry of the workpiece surface.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Das Honen ist ein Zerspanungsverfahren mit geometrisch unbestimmten Schneiden, bei dem vielschneidige Honwerkzeuge eine aus zwei Komponenten bestehende Schnittbewegung ausführen, die zu einer charakteristischen Oberflächenstruktur der bearbeiteten Innenfläche mit überkreuzten Bearbeitungsspuren führt. Durch Honen sind endbearbeitete Oberflächen herstellbar, die extrem hohen Anforderungen bezüglich Maß- und Formtoleranzen sowie hinsichtlich der Oberflächenstruktur genügen. Dementsprechend werden beispielsweise beim Motorenbau Zylinderlaufflächen, d.h. Innenflächen von Zylinderbohrungen in einem Motorblock oder in einer in einen Motorblock einzubauenden Zylinderhülse, und Lagerflächen für Wellen einer Honbearbeitung unterzogen. Bei der Bearbeitung von Zylinderlaufflächen werden typischerweise mehrere unterschiedliche, aufeinander folgende Honoperationen durchgeführt, beispielsweise ein Vorhonen zur Erzeugung der gewünschten Makroform der Bohrung und ein Fertighonen, mit dem die am fertigen Werkstück benötigte Oberflächenstruktur erzeugt wird. Durch Messschritte kann der Bearbeitungserfolg überprüft werden.Honing is a machining process with geometrically indeterminate cutting, in which multi-bladed honing tools carry out a two-component cutting movement, which leads to a characteristic surface structure of the machined inner surface with crossed machining marks. By honing finished surfaces can be produced, which meet extremely high requirements in terms of dimensional and form tolerances and in terms of the surface structure. Accordingly, in engine construction, for example, cylinder surfaces, i. Inner surfaces of cylinder bores in an engine block or in a cylinder sleeve to be installed in an engine block, and bearing surfaces for waves honing processed. In the processing of cylinder surfaces typically several different, consecutive honing operations are performed, for example, a pre-honing to produce the desired macro-shape of the hole and a finish honing, with which the surface structure required on the finished workpiece is generated. Measuring steps can be used to check the processing success.

Für die Feinbearbeitung rotationssymmetrisch gekrümmter Werkstückaußenflächen wird häufig das sogenannte Superfinishen oder Bandfinishen eingesetzt, bei dem bandförmiges Schleifmittel mit Hilfe geeignet geformter Andrückeinrichtungen an die zu bearbeitende Außenkontur gepresst wird. Durch kurzhubig oszillierende Axialbewegung des Schleifmittels in axialer Richtung in Verbindung mit einer Rotation des bearbeiteten Werkstückabschnittes um seine Achse wird die für den Materialabtrag erforderliche Bearbeitungsbewegung erzeugt. Gekrümmte Werkstückaußenflächen, beispielsweise an Kolbenstangen oder dergleichen, können auch durch Außenhonen bearbeitet werden. Auch bei gekrümmten Werkstückaußenflächen ist es häufig gewünscht, den Bearbeitungserfolg messtechnisch zu erfassen.For the fine machining of rotationally symmetrically curved workpiece outer surfaces, the so-called superfinishing or band finishing is frequently used, in which band-shaped abrasive material is pressed by means of suitably shaped pressing devices against the outer contour to be machined. By short-stroke oscillating axial movement of the abrasive in the axial direction in conjunction with a rotation of the machined workpiece section about its axis, the machining movement required for the material removal is generated. Curved workpiece outer surfaces, for example on piston rods or the like, can also be machined by external honing. Even with curved workpiece outer surfaces, it is often desired to measure the processing success metrologically.

Beim Honen sind in der Regel sehr enge Toleranzvorgaben hinsichtlich der Makroform und der z.B. durch den Bohrungsdurchmesser quantifizierten Größe der Bohrung einzuhalten. Man setzt in manchen Fällen integrierte Inprozess-Messsysteme ein, welche während des Honprozesses sowie nach einzelnen Honstufen den aktuellen Durchmesser der Bohrung (Ist-Durchmesser) ermitteln können. Dieser Wert kann dann zur Regelung des Honprozesses verwendet werden, z.B. im Rahmen einer Abschaltregelung.In honing, very close tolerance specifications are usually imposed on the macro-shape and the e.g. to keep the size of the hole quantified by the bore diameter. In some cases, integrated in-process measuring systems are used, which can determine the actual diameter of the bore (actual diameter) during the honing process as well as after individual honing steps. This value can then be used to control the honing process, e.g. as part of a shutdown control.

Es sind auch Honvorrichtungen mit einer der Bearbeitungsstation nachgeschalteten Postprozess-Messstation bekannt. In einer Postprozess- Messstation kann der Bohrungsdurchmesser an mehreren Stellen in der Bohrung ermittelt und die so erhaltenen Informationen können miteinander verknüpft werden. So lässt sich neben der Durchmesserinformation auch Aufschluss über die Makroform der erzeugten Bohrung gewinnen. Postprozess-Messstationen dienen häufig primär zur Qualitätskontrolle, d.h. zur Unterscheidung in Gutteile und Schlechtteile. There are also known honing devices with a processing station downstream post-process measuring station. In a post-process measuring station, the bore diameter can be determined at several points in the bore and the information thus obtained can be linked together. Thus, in addition to the diameter information, it is also possible to obtain information about the macro-form of the bore produced. Post-process measuring stations are often primarily for quality control, i. to distinguish between good and bad parts.

Es ist auch möglich, eine Postprozess-Messstation in den Regelkreis einer Honanlage einzubinden und die Messergebnisse zur Regelung vorgeschalteter Honstufen zu verwenden. Die DE 38 27 892 C2 zeigt eine Honvorrichtung mit Nachmessstation, bei der die Messergebnisse zur Regelung der radialen Zustellung der Honsteine bei einem Honwerkzeug mit großem radialen Verstellweg genutzt werden.It is also possible to integrate a post-process measuring station into the control circuit of a honing plant and to use the measurement results for controlling upstream honing levels. The DE 38 27 892 C2 shows a honing device with Nachmessstation, in which the measurement results are used to control the radial delivery of the honing stones in a honing tool with a large radial displacement.

Die beschriebenen Messungen werden heutzutage üblicherweise mit pneumatischen Messsystemen durchgeführt, die gelegentlich auch als "Luftmesssysteme" bezeichnet werden. Ein pneumatisches Messsystem weist mindestens eine Messdüse auf, die an einem Werkzeug angebracht und über eine Druckgasleitung mit einer entfernt von der Messdüse angeordneten Druckgasquelle verbunden ist. Solche pneumatischen Messsysteme arbeiten nach dem Düse-Prallplatte-Prinzip. Bei einer Messung strömt Druckluft aus der Messdüse in Richtung Bohrungswandung. Der sich ergebende Staudruck im Bereich der Messdüse dient als Maß für den Abstand der Messdüse zur Bohrungswandung. Ein mit der Messdüse über die Druckgasleitung verbundener Messwandler misst den Druck in der Druckgasleitung und sorgt für eine Umwandlung des (pneumatischen) Drucksignals in ein elektrisch weiterverarbeitbares Spannungssignal, welches einer Auswerteeinrichtung zugeführt und dort ausgewertet wird. The measurements described today are usually carried out with pneumatic measuring systems, sometimes referred to as "air measuring systems". A pneumatic measuring system has at least one measuring nozzle, which is attached to a tool and connected via a compressed gas line with a remote from the measuring nozzle compressed gas source. Such pneumatic measuring systems work according to the nozzle-flapper principle. In one measurement, compressed air flows out of the measuring nozzle in the direction of the bore wall. The resulting back pressure in the area of the measuring nozzle serves as a measure of the distance of the measuring nozzle to the bore wall. A transducer connected to the measuring nozzle via the compressed gas line measures the pressure in the compressed gas line and ensures conversion of the ( pneumatic) pressure signal in an electrically further processable voltage signal, which is fed to an evaluation and evaluated there.

Die Messdüse wird also zur Durchführung einer Messung in die Nähe der Werkstückoberfläche gebracht und eine vom Abstand zwischen der Messdüse und der Werkstückoberfläche abhängige Eigenschaft des Druckgases, nämlich der Druck am Ort der Messung, wird gemessen und zur Bestimmung des Abstands ausgewertet. The measuring nozzle is thus brought to perform a measurement in the vicinity of the workpiece surface and a dependent of the distance between the measuring nozzle and the workpiece surface property of the compressed gas, namely the pressure at the location of measurement is measured and evaluated to determine the distance.

Mittels zweier am Werkzeug diametral gegenüberliegender Messdüsen kann der Bohrungsdurchmesser ermittelt werden. Messungen an unterschiedlichen axialen Positionen und/oder in unterschiedlichen Drehstellungen des Werkzeugs können für eine Formmessung, also eine Messung der Makroform der Bohrung, genutzt werden.By means of two diametrically opposed measuring nozzles on the tool, the bore diameter can be determined. Measurements at different axial positions and / or in different rotational positions of the tool can be used for a shape measurement, ie a measurement of the macro-shape of the bore.

Die Messdüsen sind im Falle von Inprozess-Messungen in das Honwerkzeug integriert. Im Falle von Postprozess-Messungen können sie an einem speziellen Messwerkzeug (Messdorn) angebracht sein.The measuring nozzles are integrated in the honing tool in the case of in-process measurements. In the case of post-process measurements, they can be attached to a special measuring tool (measuring mandrel).

Pneumatische Messeinrichtungen sind robust und ermöglichen ein berührungsloses, vom Werkstoff des Messobjekts unabhängiges Messen und im Rahmen ihres Messbereichs hohe Messgenauigkeiten in der Größenordnung weniger Mikrometer. Die Wiederholgenauigkeit der aufgenommenen Messwerte kann (in Abhängigkeit der Oberflächenrauigkeit und bei statischer Messung) bei weniger als 0.5 µm liegen. Bei dynamischer Messung, z.B. bei drehendem Werkzeug, ist der aufgenommene Messwert ein Mittelwert der Entfernung der Messdüse von den überstrichenen Punkten der Werkstückoberfläche.Pneumatic measuring devices are robust and enable a non-contact, independent of the material of the test object measuring and within its measuring range high measuring accuracies in the order of a few micrometers. The repeatability of the measured values recorded may be less than 0.5 μm (depending on the surface roughness and on static measurement). For dynamic measurement, e.g. With the tool rotating, the recorded reading is an average of the distance of the measuring nozzle from the swept points of the workpiece surface.

Allerdings ist der Messbereich relativ beschränkt. Um aussagekräftige Messwerte aufnehmen zu können, müssen die Messdüsen in einen gewissen, relativ eng begrenzten Abstandsbereich (typischerweise wenige 100 µm, z.B. ca. 200 µm) von der Werkstückoberfläche, z.B. einer Bohrungswandung, angeordnet sein. Die Breite des dann nutzbaren, linearen Messbereichs liegt typischerweise zwischen 100 µm und 200 µm. However, the measuring range is relatively limited. In order to be able to record meaningful measured values, the measuring nozzles must be placed in a certain, relatively narrow distance range (typically a few 100 μm, for example approximately 200 μm) from the workpiece surface, e.g. a bore wall, be arranged. The width of the then usable linear measuring range is typically between 100 μm and 200 μm.

Zwischen der Messdüse und dem Messwandler, der das Drucksignal in ein maschinenverarbeitbares elektrisches Signal umsetzt, kann eine Kette potentieller Störeinflüsse liegen, die die Genauigkeit der Messung negativ beeinflussen können. Beispielsweise können Undichtigkeiten an Luftschläuchen, Luftverteilerringen und Schnittstellen, z.B. Anschlussstutzen der Luftschläuche, zu Messfehlern führen. Da eventuelle Porösitäten an Schläuchen typischerweise erst nach gewissen Zeiten auftreten, ergibt sich ein gewisses Risiko hinsichtlich stabiler Prozessqualität. Außerdem kann ggf. die Dehnbarkeit von Schläuchen zu einem sich geringfügig ändernden Gesamtluftvolumen und damit zu Druckänderungen führen, die die Messung verfälschen können. Je größer das Gesamtluftvolumen ist, desto länger dauert es, bis Druckschwankungen durch die Trägheit des Systems an den Messwandler übertragen werden.Between the measuring nozzle and the measuring transducer, which converts the pressure signal into a machine-processable electrical signal, there may be a chain of potential disturbing influences which may adversely affect the accuracy of the measurement. For example, leaks in air hoses, air distribution rings and interfaces, e.g. Connecting pieces of the air hoses, lead to measuring errors. Since possible porosities on hoses typically occur only after certain times, there is a certain risk with regard to stable process quality. In addition, if necessary, the extensibility of hoses to a slightly changing total air volume and thus lead to pressure changes that can falsify the measurement. The larger the total volume of air, the longer it takes for pressure fluctuations to be transmitted to the transducer due to the inertia of the system.

In der Dissertationsschrift „Inprozess-Geometriemessung beim Honen“ von P. Uebelhör, in: Forschungsberichte aus dem Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebstechnik der Universität Karlsruhe (Hrsg. Prof. Dr.-Ing. H. Weule), Band 56 (1994) , wurden andere berührungslos arbeitende Wegmesssysteme auf ihre Verwendbarkeit zur Inprozess- Geometriemessung beim Honen untersucht. Hierzu wurden Versuche mit einem Wirbelstrommesssystem und einem kapazitiven Messsystem durchgeführt. In the dissertation "In-process geometric measurement in honing" by P. Uebelhör, in: Research Reports from the Institute for Machine Tools and Industrial Engineering of the University of Karlsruhe (Ed .: Prof. Dr.-Ing. H. Weule), Volume 56 (1994) , other non-contact path measuring systems were examined for their usability for in-process geometry measurement during honing. For this purpose, tests were carried out with an eddy current measuring system and a capacitive measuring system.

Die Patentanmeldung DE 10 2012 011 470 A1 beschreibt die Verwendung von Radar-Sensoren bei der Messung feinbearbeiteter Werkstückoberflächen. Messsysteme mit Radar-Sensoren sind hoch-dynamisch und können z.B. zur Durchmessermessung, zur Messung der Makroform und zur Rauheitsmessung genutzt werden. Die Verwendung von Radar-Sensoren zum Vermessen von Werkstückaußenflächen beim Finishen ist ebenfalls beschrieben.The patent application DE 10 2012 011 470 A1 describes the use of radar sensors in the measurement of precision machined workpiece surfaces. Measuring systems with radar sensors are highly dynamic and can be used, for example, for diameter measurement, for measuring the macro-shape and for roughness measurement. The use of radar sensors for measuring workpiece outer surfaces during finishing is also described.

AUFGABE UND LÖSUNGTASK AND SOLUTION

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur messunterstützten Feinbearbeitung von Werkstückoberflächen sowie ein im Rahmen des Verfahrens und der Vorrichtung verwendbares Messsystem bereitzustellen, die einen großen Messbereich haben und sich durch hohe Messgenauigkeit im gesamten Messbereich auszeichnen. Bei Bedarf soll eine Integration des Messsystems in eine Feinbearbeitungsanlage zur Durchführung von Inprozess-Messungen mit geringem konstruktiven Aufwand möglich sein. It is an object of the invention to provide a method and an apparatus for the measurement-assisted finishing of workpiece surfaces as well as a measuring system which can be used within the scope of the method and the apparatus, which have a large measuring range and are distinguished by high measuring accuracy in the entire measuring range. If required, it should be possible to integrate the measuring system into a finishing system for performing in-process measurements with little design effort.

Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1, ein Messsystem mit den Merkmalen von Anspruch 5 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 10 bereit. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht. To achieve this object, the invention provides a method having the features of claim 1, a measuring system having the features of claim 5, and an apparatus having the features of claim 10. Advantageous developments are specified in the dependent claims. The wording of all claims is incorporated herein by reference.

Gemäß der beanspruchten Erfindung zeichnet sich ein gattungsgemäßes Verfahren zum berührungslosen Messen der Geometrie einer Werkstückoberfläche mithilfe eines fluidischen Messsystems dadurch aus, dass mittels eines Durchfluss-Sensors ein Fluidstrom (Volumenstrom und/oder Massenstrom) des durch die Druckfluidleitung zur Messdüse strömenden Druckfluids gemessen und ein Sensorsignal des Durchfluss-Sensors zur Ermittlung des Abstands ausgewertet wird. According to the claimed invention, a generic method for contactless measurement of the geometry of a workpiece surface using a fluidic measuring system is characterized in that by means of a flow sensor a fluid flow (volume flow and / or mass flow) of the pressure fluid flowing through the pressure fluid line to the measuring nozzle is measured and a sensor signal of the flow rate sensor is evaluated to determine the distance.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die durch eine definierte Messdüse pro Zeiteinheit ausströmende Menge eines Druckfluids in einer eindeutigen Beziehung zum Abstand der Messdüse von der Werkstückoberfläche steht. Diese Beziehung muss nicht notwendigerweise linear sein. Da jedoch ein eindeutiger Zusammenhang zwischen diesem Abstand und dem Fluidstrom (Volumenstrom und/oder Massenstrom) des durch die Druckfluidleitung strömenden Druckfluids besteht, der gegebenenfalls durch Kalibrierung quantitativ bestimmbar ist, können Durchfluss-Sensoren zur Abstandsmessung verwendet werden. Das vom Durchfluss-Sensor gelieferte Sensorsignal, beispielsweise ein elektrisches Signal in Form einer Messspannung oder eines elektrischen Stroms, kann an eine Auswerteeinrichtung übertragen und zur Ermittlung des Abstands ausgewertet werden. The invention is based on the recognition that the amount of pressurized fluid flowing through a defined measuring nozzle per unit of time is in a clear relationship to the distance of the measuring nozzle from the workpiece surface. This relationship does not necessarily have to be linear. However, since there is a clear relationship between this distance and the fluid flow (volume flow and / or mass flow) of the pressure fluid flowing through the pressure fluid line, which can be determined quantitatively, if necessary, by flow calibration, flow sensors can be used for distance measurement. The sensor signal supplied by the flow sensor, for example an electrical signal in the form of a measuring voltage or an electrical current, can be transmitted to an evaluation device and evaluated to determine the distance.

Durchfluss-Sensoren werden bisher typischerweise zum Zwecke der Leckage-Erkennung oder der Dichtigkeitsprüfung oder im Rahmen von Durchflussregelungen in fluidischen Systemen (d.h. in pneumatischen Systemen oder hydraulischen Systemen) eingesetzt. Die Erfindung schlägt nun u.a. die Verwendung eines Durchfluss-Sensors in einem fluidischen Messsystem zum berührungslosen Messen der Form einer Werkstückoberfläche vor, und zwar zur Messung des Fluidstroms eines Druckfluids, welches in einer Druckfluidleitung fließt, die eine Druckfluidquelle des Messsystems mit einer entfernt von der Druckfluidquelle an einem Werkzeug angebrachten Messdüse des Messsystems verbindet. Flow sensors have heretofore typically been used for leak detection or leak testing or flow control in fluidic systems (i.e., pneumatic or hydraulic systems). The invention now proposes u.a. the use of a flow sensor in a fluidic measurement system for non-contact measurement of the shape of a workpiece surface, for measuring the fluid flow of a pressurized fluid flowing in a pressurized fluid conduit comprising a pressurized fluid source of the measurement system with a measurement nozzle remote from the source of pressurized fluid on a tool of the measuring system connects.

Bei Verwendung (mindestens) eines Durchfluss-Sensors in einem fluidischen Messsystem der gattungsgemäßen Art ergeben sich im Vergleich zu herkömmlichen pneumatischen Messsystemen, die mithilfe von Drucksensoren in der Druckfluidleitung arbeiten, erhebliche Vorteile. Insbesondere ist eine erhebliche Vergrößerung des nutzbaren Messbereichs möglich. Versuche haben gezeigt, dass sich je nach Durchfluss-Sensortyp auswertbare Messbereiche bis zu ca. 400 µm pro Messdüse, ggf. sogar noch größere Messbereiche ergeben. Dies entspricht bei einer Durchmessermessung in einer Bohrung, die mithilfe zweier diametral gegenüberliegender Messdüsen durchgeführt werden kann, einem Durchmesserunterschied von bis zu ca. 800 µm oder sogar mehr. Das ist gegenüber herkömmlichen pneumatischen Messsystemen eine deutliche Ausweitung des nutzbaren Messbereichs. Der vergrößerte Messbereich erlaubt Standardisierungen in der Werkzeugkonstruktion, da Werkzeuge mit gleichem Werkzeuggrundkörper für einen größeren Durchmesserbereich eingesetzt werden können. Dies trägt dazu bei, Kosten einzusparen. When using (at least) one flow sensor in a fluidic measuring system of the generic type, considerable advantages are achieved in comparison to conventional pneumatic measuring systems which use pressure sensors in the pressure fluid line. In particular, a considerable increase in the usable measuring range is possible. Experiments have shown that, depending on the flow sensor type, evaluable measuring ranges of up to approx. 400 μm per measuring nozzle, possibly even larger measuring ranges, result. With a diameter measurement in a bore, which can be carried out with the aid of two diametrically opposed measuring nozzles, this corresponds to a diameter difference of up to approx. 800 μm or even more. This is a significant expansion of the usable measuring range compared to conventional pneumatic measuring systems. The enlarged measuring range allows standardization in the tool design, because tools with the same tool body can be used for a larger diameter range. This helps to save costs.

Außerdem kann ein Messsystem mit einem großen Messbereich im Rahmen von Honstufen oder anderen Feinbearbeitungsstufen eingesetzt werden, die sehr viel Material abtragen, da sowohl bei Beginn der Bearbeitung (relativer kleiner Abstand der Werkstückoberfläche zur Messdüse) als auch in der Endphase der Bearbeitung (relativ großer Abstand der Werkstückoberfläche zur Messdüse) noch eine ausreichende Messgenauigkeit gegeben ist. Gerade die Messgenauigkeit bei großen Abständen ermöglicht es, das jeweils am Ende einer Bearbeitungsstufe angestrebte Endmaß exakt zu erreichen. Untersuchungen haben gezeigt, dass Fluidstrommessungen gerade im Bereich größerer Abstände ein deutlich besseres Signal-Rausch-Verhältnis haben können als Druckmessungen, so dass die Messgenauigkeit auch bei größeren Abständen noch ausreichend bleibt.In addition, a measuring system with a large measuring range can be used in the context of Honstufen or other finishing stages, which remove a lot of material, both at the beginning of the processing (relative small distance of the workpiece surface to the measuring nozzle) and in the final phase of processing (relatively large distance the workpiece surface to the measuring nozzle) is still given a sufficient measurement accuracy. Precisely the measurement accuracy at large distances makes it possible to exactly reach the final dimension desired at the end of each processing stage. Investigations have shown that fluid flow measurements, especially in the range of larger distances, can have a significantly better signal-to-noise ratio than pressure measurements, so that the measurement accuracy remains adequate even at relatively large distances.

Bei bevorzugten Ausführungsformen ist das fluidische Messsystem als pneumatisches Messsystems ausgelegt, welches mit einem Druckgas, insbesondere Druckluft, als Druckfluid arbeitet. Die Komponenten eines solchen Messsystems können im Wesentlichen identisch oder funktionell ähnlich sein wie diejenigen herkömmlicher Luftmesssysteme, wobei im Unterschied zu diesen anstelle eines Wandlers, welcher den Druck des Druckfluids in der Druckfluidleitung in ein weiterverarbeitbares elektrisches Signal umwandelt, nun ein Durchfluss-Sensor verwendet wird, mit welchem der Volumenstrom und/oder Massenstrom des an der Messstelle durchströmenden Druckfluids quantitativ erfasst werden kann. In preferred embodiments, the fluidic measuring system is designed as a pneumatic measuring system, which works with a pressurized gas, in particular compressed air, as pressurized fluid. The components of such a measurement system may be substantially identical or functionally similar to those of conventional air measurement systems, in contrast to these instead of a converter which converts the pressure of the pressure fluid in the pressure fluid line into a further processable electrical signal, now a flow sensor is used, with which the volume flow and / or mass flow of the pressure fluid flowing through at the measuring point can be quantitatively detected.

In vielen Fällen wird es möglich sein, ein herkömmliches pneumatisches Messsystem in ein erfindungsgemäßes pneumatisches Messsystem umzurüsten, indem an geeigneter Stelle einer zur Messdüse führenden Druckfluidleitung anstelle eines Drucksensors ein Durchfluss-Sensor angebracht und mit der entsprechend umkonfigurierten Auswerteeinrichtung verbunden wird. In many cases, it will be possible to convert a conventional pneumatic measuring system into a pneumatic measuring system according to the invention by attaching a flow sensor instead of a pressure sensor to a suitable point of a pressure fluid line leading to the measuring nozzle and connecting it to the correspondingly reconfigured evaluation device.

Bei Verwendung von Durchfluss-Sensoren können einige der eingangs beschriebenen Probleme herkömmlicher fluidischer Messsysteme vermieden oder vermindert werden. Bei herkömmlichen pneumatischen Messsystemen wird häufig dann, wenn bei relativ großen Abständen gemessen werden soll, der Betriebsdruck der Druckfluidquelle erhöht, um auch bei größer werdendem Abstand zwischen Messdüse und Werkstückoberfläche noch ein ausreichend starkes, im Messbereich des Drucksensors liegendes Drucksignal an der Messstelle in der Druckfluidleitung zu erhalten. Bei Erhöhung des Betriebsdrucks können sich aber Undichtigkeiten an Luftschläuchen, Luftverteilern, Schnittstellen etc. überproportional durch Druckverluste bemerkbar machen, so dass die Messergebnisse eventuell verfälscht werden. Außerdem ergeben sich mit steigendem Betriebsdruck eventuell aufgrund der Dehnbarkeit von Schläuchen Volumenänderungen im Gesamtsystem, die zu Abweichungen des gemessenen Drucks vom tatsächlich im Bereich der Messdüse vorliegenden Druck führen können. Durch diese Einflüsse kann die Messgenauigkeit insbesondere im Bereich großer Abstände bei herkömmlichen pneumatischen Messsystemen begrenzt sein. Bei Fluidstrommessungen stellen dagegen eventuelle Dehnungen im Schlauchsystem kein ernsthaftes Problem dar.When using flow sensors, some of the problems of conventional fluidic measuring systems described at the outset can be avoided or reduced. In conventional pneumatic measuring systems, the operating pressure of the pressure fluid source is frequently increased when the distance between the measuring nozzle and the workpiece surface is increased to a sufficiently high pressure signal in the measuring range of the pressure sensor at the measuring point in the pressure fluid line to obtain. When increasing the operating pressure but can Leaks in air hoses, air distributors, interfaces etc. disproportionately make noticeable by pressure losses, so that the measurement results may be falsified. In addition, with increasing operating pressure, possibly due to the ductility of hoses volume changes in the overall system, which can lead to deviations of the measured pressure from the pressure actually present in the measuring nozzle. Due to these influences, the measuring accuracy can be limited, especially in the region of large distances in conventional pneumatic measuring systems. In fluid flow measurements, on the other hand, any expansions in the hose system are not a serious problem.

Auch bei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Messverfahrens kann vorgesehen sein, den durch die Druckfluidquelle bereitgestellten Betriebsdruck des Druckfluids in Abhängigkeit vom zu messenden Abstand entsprechend einer vorgegebenen Abstandsfunktion vorab (vor der Messung) auf einen geeigneten Wert einzustellen. Hierzu kann eine entsprechende Einstelleinrichtung zur Veränderung des Betriebsdrucks vorgesehen sein. Vorzugsweise erfolgt die Einstellung so, dass der Betriebsdruck mit zunehmendem Abstand reduziert wird. Diese Maßnahme berücksichtigt, dass bei zunehmendem Abstand zwischen Messdüse und Werkstückoberfläche der für das Druckfluid nach Austritt aus der Messdüse zur Verfügung stehende Strömungsquerschnitt (Bereich zwischen Messdüse und Werkstückwand) größer wird, so dass der Strömungswiderstand sinkt und bei gleichem Betriebsdruck eine größere Menge des Druckfluids pro Zeiteinheit abgeleitet werden kann. Dementsprechend könnte der Volumenstrom und/oder der Massenstrom im Bereich des Durchfluss-Sensors bei größeren Abständen gegebenenfalls in einen Bereich außerhalb des optimalen Messbereichs des Durchfluss-Sensors geraten. Durch die abstandsabhängige Reduzierung des Betriebsdrucks in der vorgeschlagenen Weise kann dagegen erreicht werden, dass auch bei großen Abständen der Volumenstrom und/oder Massenstrom des Druckfluids innerhalb des Messbereichs des Durchfluss-Sensors bleibt, so dass genaue Messwerte erzielt werden können. Auf diese Weise können insbesondere die kritischen Messungen bei besonders großen Abständen, d.h. in der Endphase von Bearbeitungsoperationen, besonders genau sein, ohne dass Dichtigkeitsprobleme in den Zuführleitungen und an Schnittstellen die Messung negativ beeinflussen können. Also in embodiments of the measuring method according to the invention can be provided to set the provided by the pressure fluid source operating pressure of the pressurized fluid depending on the distance to be measured according to a predetermined distance function in advance (before the measurement) to a suitable value. For this purpose, a corresponding adjusting device for changing the operating pressure can be provided. Preferably, the adjustment is made so that the operating pressure is reduced with increasing distance. This measure takes into account that with increasing distance between measuring nozzle and workpiece surface of the pressure fluid after exiting the measuring nozzle available flow cross-section (area between measuring nozzle and workpiece wall) is greater, so that the flow resistance decreases and at the same operating pressure a larger amount of pressurized fluid per Time unit can be derived. Accordingly, the volume flow and / or the mass flow in the region of the flow sensor at larger distances could possibly fall into a region outside the optimum measuring range of the flow sensor. By the distance-dependent reduction of the operating pressure in the proposed manner, however, it can be achieved that the volume flow and / or mass flow of the pressurized fluid remain within the measuring range of the flow sensor even at large distances, so that accurate measured values can be achieved. In particular, the critical measurements at particularly large distances, i. in the final stage of machining operations, to be particularly accurate, without leakage problems in the feed lines and interfaces adversely affecting the measurement.

Es können unterschiedliche Typen von Durchfluss-Sensoren verwendet werden. Besonders geeignete Durchfluss-Sensoren arbeiten nach dem thermischen Prinzip der Anemometrie, also nach einem Verfahren, bei dem der Durchfluss anhand von Wärmeverlusten im Bereich des Durchfluss-Sensors ermittelt wird (Heat Loss Verfahren). Es hat sich gezeigt, dass damit besonders günstige Signal-Rausch-Verhältnisse bzw. besonders gut auswertbare Nutzsignale erzielbar sind. Durchfluss-Sensoren, die nach anderen Messprinzipien arbeiten, beispielsweise Staurohr-Durchfluss-Sensoren, Durchfluss-Sensoren mit Venturi-Düse, Wirbel-Durchfluss-Sensoren, Ultraschall-Durchfluss-Sensoren oder magnetisch-induktive Durchfluss-Sensoren können bei geeigneter Auslegung ebenfalls geeignet sein.Different types of flow sensors can be used. Particularly suitable flow sensors work according to the thermal principle of anemometry, ie according to a method in which the flow is determined on the basis of heat losses in the area of the flow sensor (heat loss method). It has been found that thus particularly favorable signal-to-noise ratios or useful signals which can be evaluated particularly well can be achieved. Flow sensors based on other measurement principles, such as Pitot tube flow sensors, Venturi nozzle flow sensors, vortex flow sensors, ultrasonic flow sensors or magnetic flow sensors, may also be suitable if designed appropriately ,

Es ist auch möglich, dass das Messsystem als ein hydraulisches Messsystem ausgelegt ist, welches mit einer geeigneten Flüssigkeit als Druckfluid arbeitet. Als Druckfluid kann beispielsweise ein Kühlschmierstoff des Typs verwendet werden, der bei der Material abtragenden Feinbearbeitung ohnehin zur Kühlung, Schmierung und zur Späneabfuhr verwendet wird. Bei Verwendung einer inkompressiblen Flüssigkeit als Druckfluid sind besonders genaue Messungen auch dann möglich, wenn der Messwandler (Durchfluss-Sensor) einen größeren Abstand von der Messdüse hat. Außerdem sind höhere Abtrastraten (Anzahl von Messungen pro Zeiteinheit) als bei der Luftmessung möglich, weil sich Abstandsänderungen im Bereich der Messdüse aufgrund der Inkompressibilität des Druckfluids schneller am Messort (entfernt von der Messdüse) bemerkbar machen. Hierdurch verbessert sich die Eignung für komplexere Formmessungen, ggf. auch in mehreren Ebenen.It is also possible that the measuring system is designed as a hydraulic measuring system which works with a suitable liquid as the pressurized fluid. As a pressurized fluid, for example, a cooling lubricant of the type can be used, which is used anyway in the material-removing fine machining for cooling, lubrication and chip removal. When using an incompressible fluid as a pressurized fluid, particularly accurate measurements are possible even if the transducer (flow sensor) has a greater distance from the measuring nozzle. In addition, higher Abtrastraten (number of measurements per unit time) than in the air measurement possible because changes in distance in the range of the measuring nozzle due to the incompressibility of the pressure fluid faster at the measuring point (away from the measuring nozzle) noticeable. This improves the suitability for more complex shape measurements, possibly also in several levels.

Die Erfindung betrifft auch ein zur Durchführung des in dieser Anmeldung beschriebenen Verfahrens geeignetes Messsystem zur Messung einer feinbearbeiteten Werkstückoberfläche eines Werkstücks. The invention also relates to a measuring system suitable for carrying out the method described in this application for measuring a finely machined workpiece surface of a workpiece.

Die Erfindung betrifft auch eine Feinbearbeitungsvorrichtung, der mindestens ein erfindungsgemäßes Messsystem zugeordnet ist. Das Messsystem kann z.B. in eine Honmaschine oder in eine Finishmaschine integriert sein. Es ist auch möglich, das Messsystem als eine von einer Bearbeitungsmaschine gesonderte Messstation auszulegen. The invention also relates to a fine machining device, which is associated with at least one measuring system according to the invention. The measuring system may e.g. be integrated in a honing machine or in a finishing machine. It is also possible to design the measuring system as a measuring station separate from a processing machine.

Vorzugsweise ist das Messsystem als Inprozess-Messsystem ausgelegt. Hierzu ist bei bevorzugten Varianten vorgesehen, dass mindestens eine Messdüse an dem Feinbearbeitungswerkzeug der Vorrichtung angebracht ist, so dass das Feinbearbeitungswerkzeug als Träger für die Messdüse dient. Bei einer Honvorrichtung kann mindestens eine Messdüse an einem Honwerkzeug angebracht sein. Bei einer Finishvorrichtung kann eine Messdüse an einem Finisharm angebracht sein, der dazu vorgesehen ist, abrasives Schleifmittel (z.B. Schleifband oder Honstein) mit Hilfe einer Andrückeinrichtung an die zu bearbeitende Außenfläche eines Werkstückabschnittes anzudrücken.Preferably, the measuring system is designed as an in-process measuring system. For this purpose, it is provided in preferred variants that at least one measuring nozzle is attached to the finishing tool of the device, so that the fine machining tool serves as a support for the measuring nozzle. In a honing device, at least one measuring nozzle can be attached to a honing tool. In a finishing apparatus, a measuring nozzle may be attached to a finishing arm designed to press abrasive abrasive (e.g., abrasive belt or honing stone) against the outer surface of a workpiece portion to be machined by means of a pressing means.

Das Messsystem kann z.B. als Durchmessermesssystem oder Formmesssystem konfiguriert sein. Entsprechend der Messaufgabe kann das Messsystem eine oder mehrere Messdüsen aufweisen. Deren räumliche Anordnung sowie die Auswertung der Sensorsignale des Durchfluss-Sensors bestimmen, welche Oberflächenmesswerte erfasst und welche Informationen über die gemessene Werkstückoberfläche daraus abgeleitet werden. The measuring system can be configured, for example, as a diameter measuring system or a shape measuring system. Depending on the measuring task, the measuring system can have one or more measuring nozzles. Their spatial arrangement as well as the evaluation of the sensor signals of the flow sensor determine which surface measurement values are detected and which information about the measured workpiece surface is derived therefrom.

Eine Auswerteeinrichtung des Messsystems kann mit einer Steuereinrichtung der Feinbearbeitungsmaschine signalübertragend verbunden bzw. Teil dieser Steuereinrichtung sein und gemeinsam mit dieser eine Regeleinrichtung zur Steuerung der Bearbeitung auf Basis von mit dem Messsystem erhaltenen Messdaten bilden. Beispielsweise kann die Bearbeitungszeit und/oder der Anpressdruck von Schneidstoff (z.B. Honsteinen oder Schleifband) auf Basis von Messwerten des Messsystems gesteuert werden, um auch bei größeren Serien zu bearbeitender Werkstücke enge Fertigungstoleranzen einhalten zu können. An evaluation device of the measuring system can be signal-transmitting connected to a control device of the fine-machining machine or be part of this control device and together with it form a control device for controlling the processing on the basis of measurement data obtained with the measuring system. For example, the processing time and / or the contact pressure of cutting material (for example, honing stones or grinding belt) can be controlled on the basis of measured values of the measuring system in order to be able to meet tight production tolerances even for larger series of workpieces to be machined.

Die vorstehenden und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor. Dabei können die einzelnen Merkmale jeweils für sich alleine oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte Ausführungsformen darstellen. Bevorzugte Ausführungsformen werden an Hand der beigefügten Zeichnungen erläutert.The foregoing and other features will become apparent from the claims and from the description and drawings. In this case, the individual features may be implemented individually or in the form of subcombinations in one embodiment of the invention and in other areas, and may represent advantageous embodiments. Preferred embodiments will be explained with reference to the accompanying drawings.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

1 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Honmaschine zur Honbearbeitung zylindrischer Innenflächen von Bohrungen in Werkstücken mit einem integrierten pneumatischen Messsystem, welches mit einem Durchfluss-Sensor ausgestattet ist, 1 shows a schematic view of an embodiment of a honing machine for honing cylindrical inner surfaces of holes in workpieces with an integrated pneumatic measuring system, which is equipped with a flow sensor,

2 zeigt schematisch den funktionalen Zusammenhang zwischen dem Fluidstrom durch den Durchfluss-Sensor und dem Abstand zwischen Messdüse und Bohrungswand bei konstantem Druck der Druckgasquelle; und 2 schematically shows the functional relationship between the fluid flow through the flow sensor and the distance between the measuring nozzle and the bore wall at a constant pressure of the compressed gas source; and

3 zeigt schematisch Beispiele für eine Absenkung des Betriebsdrucks der Druckluftquelle bei zunehmendem Messabstand. 3 schematically shows examples of a reduction in the operating pressure of the compressed air source with increasing measuring distance.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER DETAILED DESCRIPTION PREFERRED

AUSFÜHRUNGSFORMENEMBODIMENTS

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden am Beispiel des Feinbearbeitungsverfahrens „Honen“ erläutert.Embodiments of the invention will be explained using the example of the honing process "honing".

In 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer als Vertikal-Honmaschine ausgelegten Honmaschine 100 gezeigt, die z.B. für die Honbearbeitung im Wesentlichen zylindrischer Innenflächen von Bohrungen in Werkstücken für den Motorenbau genutzt werden kann. Die Honmaschine 100 hat mehrere Honeinheiten, von denen in 1 nur eine Honeinheit 110 gezeigt ist. Die Honeinheit 110 umfasst eine stationäre Baugruppe und eine relativ zur stationären Baugruppe bewegliche Baugruppe. Zur beweglichen Baugruppe gehören eine Honspindel 132, die mit vertikal verlaufender Spindelachse 133 montiert ist, sowie eine Antriebsstange 135, die mit Hilfe eines spindelseitigen Gelenks 136 an das untere, freie Ende der Honspindel 132 angekoppelt ist. Am unteren, freien Ende der Antriebsstange ist mit Hilfe eines mehrachsigen Gelenks 137 ein Honwerkzeug 140 begrenzt beweglich angekoppelt. Mit Hilfe eines Spindelantriebs 122 ist die Honspindel um ihre Spindelachse 133 drehbar und kann zudem in eine axiale Hin- und Herbewegung versetzt werden, um die für das Honen typische Überlagerung einer Rotationsbewegung mit einer axial oszillierenden Bewegung zu erzeugen. Mit Hilfe eines nicht dargestellten elektromechanischen und/oder hydraulischen Zustellsystems können die am Honwerkzeug 140 angeordneten Honleisten 142 in Radialrichtung zugestellt bzw. zurückgezogen werden, um den für die Bearbeitung gewünschten wirksamen Durchmesser des Honwerkzeuges einzustellen. Der Spindelantrieb 122 und das Zustellsystem werden mit Hilfe einer Steuereinheit 125 der Honmaschine angesteuert. In 1 is a schematic representation of an embodiment of a designed as a vertical honing machine honing machine 100 shown, for example, can be used for honing substantially cylindrical inner surfaces of holes in workpieces for engine construction. The honing machine 100 has several honing units, one of which is in 1 only one honing unit 110 is shown. The honing unit 110 includes a stationary assembly and a movable relative to the stationary assembly assembly. The moving assembly includes a honing spindle 132 , with vertical spindle axis 133 mounted, as well as a drive rod 135 using a spindle-side joint 136 to the lower, free end of the honing spindle 132 is coupled. At the lower, free end of the drive rod is with the help of a multi-axis joint 137 a honing tool 140 limited mobility coupled. With the help of a spindle drive 122 is the honing spindle around its spindle axis 133 rotatable and can also be placed in an axial reciprocating motion to produce the typical for honing superimposition of a rotational movement with an axially oscillating movement. With the help of an electromechanical and / or hydraulic delivery system, not shown, the honing tool 140 arranged honing stones 142 be set in the radial direction or withdrawn to adjust the desired for the processing effective diameter of the honing tool. The spindle drive 122 and the delivery system are using a control unit 125 controlled by the honing machine.

1 zeigt die Honmaschine bei der Bearbeitung eines Werkstückes 160, bei dem es sich beispielsweise um einen Motorblock (Zylinderkurbelgehäuse) für eine Brennkraftmaschine oder um eine in einen Motorblock einzubauende Zylinderlaufbuchse handeln kann. Das Werkstück ist in eine Spannvorrichtung 126 der Honmaschine eingespannt und befindet sich in der Bearbeitungsposition. Das Honwerkzeug ist in eine im Wesentlichen zylindrische Bohrung 161 des Werkstücks eingeführt, um mit Hilfe eines geeignet ausgelegten Honprozesses die Makroform der Bohrung mit vorgegebenem Durchmesser sowie eine gewünschte Oberflächenstruktur der im Wesentlichen konkav zylindrisch gekrümmten Bohrungsinnenfläche 165 zu erzielen. Diese ist in diesem Beispiel die mittels des Feinbearbeitungsprozesses Innenhonen zu bearbeitende Werkstückoberfläche. 1 shows the honing machine when machining a workpiece 160 , which may be, for example, an engine block (cylinder crankcase) for an internal combustion engine or to be installed in an engine block cylinder liner. The workpiece is in a clamping device 126 clamped the honing machine and is in the processing position. The honing tool is in a substantially cylindrical bore 161 introduced the workpiece to use a suitably designed honing process, the macro-shape of the bore with a predetermined diameter and a desired surface structure of the substantially concave cylindrical curved bore inner surface 165 to achieve. This is in this example, the workpiece surface to be machined by the finishing process Innenhonen.

Die Honmaschine hat für jede ihrer Honeinheiten ein integriertes Messsystem 150, welches es erlaubt, vor, während und/oder nach einer Honbearbeitung im Wege einer „Inprozessmessung“ den aktuellen Durchmesser der Bohrung zu ermitteln, entsprechende Signale an die Steuerung 125 der Honanlage zu übertragen und auf diese Weise eine Prozessregelung des Honprozesses zu ermöglichen. Mit Hilfe einer Inprozessmessung kann z.B. das aktuelle Durchmessermaß der Bohrung während des Honens ständig überwacht werden. Wenn das angestrebte Sollmaß erreicht ist, kann die Bearbeitung über die Steuereinheit 125 der Honmaschine beendet werden (Abschaltregelung). The honing machine has an integrated measuring system for each of its honing units 150 , which makes it possible to determine the current diameter of the bore before, during and / or after honing by means of an "in-process measurement", corresponding signals to the controller 125 to transfer the Honanlage and to allow in this way a process control of the honing process. With the aid of an in-process measurement, for example, the current diameter of the bore during honing can be constantly monitored. When the desired target size has been reached, processing can be carried out via the control unit 125 the honing machine are terminated (shutdown control).

Das Messsystem 150 ist ein mittels Druckluft arbeitendes, pneumatisches Messsystem. Es umfasst ein Paar von Messdüsen 152, 153, die am Honwerkzeug 140 diametral gegenüberliegend zwischen den in Umfangsrichtung beabstandeten Honleisten 142 im axialen Arbeitsbereich der Honleisten angeordnet sind. The measuring system 150 is a pneumatically operated pneumatic measuring system. It includes a pair of measuring nozzles 152 . 153 on the honing tool 140 diametrically opposite between the circumferentially spaced honing stones 142 are arranged in the axial working range of the honing stones.

In der stationären Baugruppe der Honmaschine oder außerhalb davon eine mit einem Verdichter ausgestattete Druckluftquelle 151 angebracht, von der Druckluft über ein System von kommunizierenden Druckluftleitungen zu den am Honwerkzeug angebrachten Messdüsen 152, 153 geleitet wird. Der von der Druckluftquelle bereitgestellte Betriebsdruck kann über die Steuereinrichtung stufenlos oder in Stufen eingestellt werden. Das Druckluft-Leitungssystem umfasst einen stationären Druckluftleitungsabschnitt 154, einen zwischen der stationären Baugruppe und der beweglichen Baugruppe angeordneten pneumatischen Rotierübertrager 155, der häufig auch als Luftverteiler bezeichnet wird, und für jede Messdüse eine Druckluftleitung 156, 157, die spindelseitig vom Luftverteiler zu der jeweiligen Messdüse führt.In the stationary assembly of the honing machine or outside of it a compressed air source equipped with a compressor 151 attached, from the compressed air via a system of communicating compressed air lines to the attached to the honing tool measuring nozzles 152 . 153 is directed. The operating pressure provided by the compressed air source can be adjusted continuously or in stages via the control device. The compressed air line system comprises a stationary compressed air line section 154 , a pneumatic rotary transformer disposed between the stationary assembly and the movable assembly 155 , which is often referred to as an air manifold, and for each measuring nozzle a compressed air line 156 . 157 , which leads on the spindle side from the air distributor to the respective measuring nozzle.

Im stationären Teil des Druckluft-Leitungssystems ist zwischen der Druckluftquelle 151 und dem stationären Teil des Luftverteilers 155 ein Durchfluss-Sensor 170 angebracht, mit dem der von der Druckluftquelle 151 in Richtung der Messdüsen 152, 153 fließende Fluidstrom, d.h. der Volumenstrom und/oder Massenstrom der Druckluft, permanent gemessen werden kann. Der pneumatische Durchfluss-Sensor 170 erzeugt ein elektrisches Sensorsignal, welches unmittelbar von der pro Zeiteinheit durch den zugehörigen Leitungsabschnitt fließenden Volumen der Druckluft und/oder von der pro Zeiteinheit durch diesen Leitungsabschnitt fließenden Masse der Druckluft abhängt. Der Durchfluss-Sensor ist signalübertragend mit der Steuereinheit 125 verbunden, in die eine Auswerteeinrichtung für die Sensorsignale des Durchfluss-Sensors integriert ist. In the stationary part of the compressed air line system is between the compressed air source 151 and the stationary part of the air distributor 155 a flow sensor 170 attached, with that of the compressed air source 151 in the direction of the measuring nozzles 152 . 153 flowing fluid flow, ie the volume flow and / or mass flow of the compressed air, can be measured permanently. The pneumatic flow sensor 170 generates an electrical sensor signal which depends directly on the volume of compressed air flowing through the associated line section per unit time and / or on the mass of compressed air flowing through this line section per unit time. The flow sensor is signal transmitting to the control unit 125 connected, in which an evaluation device for the sensor signals of the flow sensor is integrated.

Der Durchfluss-Sensor 170 des Ausführungsbeispiels arbeitet nach dem thermischen Prinzip der Anemometrie, d.h. nach einem Wärmeverlustverfahren. Durchflusssensoren vom Typ SFAB der Festo AG & Co. KG, Esslingen, haben sich für diesen Zweck als besonders tauglich herausgestellt. Mit einem sehr breiten Messbereich, der von 0,1 l/min bis 1000 l/min reicht, können Volumenströme, die in einem derartigen pneumatischen Messsystem auftreten (typischerweise zwischen 5 l/min bis 1000 l/m) mit hoher Genauigkeit und Reproduzierbarkeit in elektrische Sensorsignale umgewandelt werden. Das hier genutzte Messprinzip des pneumatischen Messsystems nutzt aus, dass die durch die Messdüsen 152, 153 pro Zeiteinheit austretende Luftmenge in einer eindeutigen und quantitativ erfassbaren Beziehung zum Abstand A der jeweiligen Messdüse von einer gegenüberliegenden Bohrungswand steht. Wie aus dem Detail in 1 unmittelbar ersichtlich ist, hängt dieser Abstand A (Messabstand) unmittelbar mit dem Strömungsquerschnitt zusammen, der der ausströmenden Druckluft (Pfeile) nach Austritt aus der Messdüse 152 zur Verfügung steht. Ist der Abstand klein, so ist auch der zum Luftabtrangsport zur Verfügung stehende Strömungsquerschnitt klein, so dass bei gegebenen Betriebsdruck P der Druckluftquelle 151 nur eine bestimmte Menge pro Zeiteinheit durch das Druckluftleitungssystem und damit auch durch den Durchfluss-Sensor 170 hindurchfließen kann. Nimmt (bei gleichbleibendem Betriebsdruck) der Messabstand A zu, so vergrößert sich der zum Abströmen der Druckluft zur Verfügung stehende Strömungsquerschnitt, so dass mehr Druckluft pro Zeiteinheit durch das Druckgasleitungssystem von der Druckgasquelle 151 durch die Messdüsen in den Raum zwischen Honwerkzeug und Bohrungsinnenwand abfließen kann.The flow sensor 170 of the embodiment operates on the thermal principle of anemometry, ie after a heat loss process. Flow sensors type SFAB from Festo AG & Co. KG, Esslingen, have proven to be particularly suitable for this purpose. With a very wide measuring range, ranging from 0.1 l / min to 1000 l / min, volume flows that occur in such a pneumatic measuring system (typically between 5 l / min to 1000 l / m) with high accuracy and reproducibility in electrical sensor signals are converted. The measuring principle used here of the pneumatic measuring system exploits that through the measuring nozzles 152 . 153 per unit of time exiting air quantity in a unique and quantitatively detectable relationship to the distance A of the respective measuring nozzle from an opposite bore wall is. As from the detail in 1 is immediately apparent, this distance A (measuring distance) directly related to the flow cross-section, the outflowing compressed air (arrows) after exiting the measuring nozzle 152 is available. If the distance is small, the flow cross section available for the air outlet port is also small, so that at given operating pressure P the compressed air source 151 only a certain amount per unit time through the compressed air line system and thus also through the flow sensor 170 can flow through it. If (assuming constant operating pressure) the measuring distance A increases, the flow cross-section available for the outflow of compressed air increases, so that more compressed air per unit of time passes through the compressed gas line system from the compressed gas source 151 through the measuring nozzles in the space between honing tool and bore inner wall can drain.

In 2 ist schematisch der funktionale Zusammenhang zwischen dem Fluidstrom F (Volumenstrom und/oder Massenstrom) der Druckluft und dem Abstand A (Messabstand) bei konstantem Druck P der Druckgasquelle 151 gezeigt. Tendenziell nimmt der Fluidstrom mit wachsendem Abstand A zu, wobei der Zusammenhang linear oder nicht-linear sein kann, in jedem Falle aber durch eine stetige Funktion ohne Sprünge charakterisiert werden kann. Der Fluidstrom F ist daher als Messgröße für den Abstand A grundsätzlich geeignet. In 2 schematically is the functional relationship between the fluid flow F (volume flow and / or mass flow) of the compressed air and the distance A (measuring distance) at a constant pressure P of the compressed gas source 151 shown. The fluid flow tends to increase with increasing distance A, whereby the relationship can be linear or non-linear, but in any case can be characterized by a continuous function without jumps. The fluid flow F is therefore fundamentally suitable as a measured variable for the distance A.

Versuche der Erfinder haben gezeigt, dass die Abstandsbestimmung mit Hilfe einer Durchflussmessung in einem pneumatischen Messsystem über einen relativ großen Messbereich (beispielsweise bis zu 400 µm pro Messdüse) Messwerte mit ausreichender Absolutgenauigkeit (weniger als 1 µm) liefert. Abhängig vom Sensortyp können voraussichtlich noch größere Messbereiche abgedeckt werden. Dies ist eine deutliche Vergrößerung des Messbereichs gegenüber herkömmlichen pneumatischen Messsystemen, die über eine Staudruckmessung arbeiten. Der große Messbereich erlaubt Standardisierungen in der Werkzeugkonstruktion in dem Sinne, dass beispielsweise der gleiche Werkzeuggrundkörper für einen größeren Durchmesserbereich von Bohrungen als bisher benutzt werden kann. Hierdurch ergeben sich Kostenvorteile. Außerdem kann ein solches Messsystem auch in Honstufen eingesetzt werden, bei denen sehr viel Material abgetragen wird und bei denen bei Verwendung herkömmlicher pneumatischer Messsysteme die derzeit möglichen Messbereiche überschritten würden. Beispielhaft können bestimmte Vorhonoperationen genannt werden oder das sogenannte „Schrupphonen“, bei dem Spanleistungen erzielbar sind, die mit den Spanleistungen konventioneller Feinbohrverfahren vergleichbar sind. Typische Abträge beim Schrupphonen können z.B. im Bereich zwischen 0,3 und 0,5 mm bezogen auf den Durchmesser der Bohrung liegen. Auch bei der sogenannten Leistungsfeinhonbearbeitung, die in der europäischen Patentanmeldung EP 1 932 620 A1 der Anmelderin beschrieben ist, können pneumatische Messsysteme mit Durchflusssensor mit besonderem Vorteil genutzt werden. Experiments by the inventors have shown that the determination of the distance by means of a flow measurement in a pneumatic measuring system over a relatively large measuring range (for example up to 400 microns per measuring nozzle) provides measured values with sufficient absolute accuracy (less than 1 micron). Depending on the type of sensor, even larger ranges may be covered. This is a significant increase in the measuring range over conventional pneumatic Measuring systems that work via a dynamic pressure measurement. The large measuring range allows standardization in the tool design in the sense that, for example, the same tool body can be used for a larger diameter range of holes than before. This results in cost advantages. In addition, such a measuring system can also be used in honing stages, in which a great deal of material is removed and in which the currently possible measuring ranges would be exceeded when using conventional pneumatic measuring systems. By way of example, certain pre-honing operations may be mentioned, or the so-called "roughing", in which chip capacities comparable to the chip rates of conventional precision boring methods can be achieved. Typical abrasions during roughing may be, for example, in the range between 0.3 and 0.5 mm, based on the diameter of the bore. Also in the so-called Leistungsfeinhonbearbeitung that in the European patent application EP 1 932 620 A1 the applicant is described, pneumatic measuring systems with flow sensor can be used with particular advantage.

Anhand von 3 wird ein anderer Vorteil erfindungsgemäßer fluidischer Messsysteme im Vergleich zu herkömmlichen pneumatischen Messsystemen erläutert. Wie aus 2 ersichtlich ist, steigt (bei konstantem Betriebsdruck) der durch die Durchflussmessung erfassbare Fluidstrom mit wachsendem Abstand A stetig an. Diese Tendenz ist gegenläufig zu der Tendenz herkömmlicher pneumatischer Messsysteme, die mit einer Druckmessung arbeiten. Dort nimmt der Staudruck bei gleichbleibendem Betriebsdruck der Druckgasquelle mit zunehmendem Abstand ab. Bei herkömmlichen pneumatischen Messsystemen wird daher in der Regel der Betriebsdruck der Druckgasquelle vor der Messung auf größere Werte eingestellt, wenn bei größeren Absolutwerten des Abstandes gemessen werden muss. Dies kann gerade bei älteren Luftmesssystemen aufgrund von Undichtigkeiten innerhalb des Druckgas-Leitungssystems zur Verfälschung von Messwerten führen. Based on 3 another advantage of fluidic measuring systems according to the invention compared to conventional pneumatic measuring systems is explained. How out 2 can be seen increases (at constant operating pressure) the detectable by the flow measurement fluid flow with increasing distance A steadily. This tendency is in opposition to the tendency of conventional pneumatic metering systems to work with pressure measurement. There, the back pressure decreases at constant operating pressure of the compressed gas source with increasing distance. In conventional pneumatic measuring systems, therefore, the operating pressure of the compressed gas source is usually set to larger values before the measurement, if it is necessary to measure with larger absolute values of the distance. This can lead to the falsification of measured values, especially in older air measuring systems due to leaks within the compressed gas line system.

Bei fluidischen Messsystemen, die mittels einer Durchflussmessung arbeiten, kann dagegen der Betriebsdruck mit wachsendem Abstand reduziert werden. Durch Reduzierung des Betriebsdrucks kann erreicht werden, dass der Fluidstrom in jeden Abstandsbereich in einem für die Durchflussmessung besonders günstigen Wertbereich bleibt. In 3 ist schematisch mit der durchgezogenen Linie ein möglicher funktionaler Zusammenhang zwischen dem Betriebsdruck P und dem Messabstand A bei der Nutzung eines fluidischen Messsystems mit Durchflusssensor gezeigt. Der Betriebsdruck kann beispielsweise diskontinuierlich in Stufen mit wachsendem Abstand reduziert werden. Bei kleineren Messabständen bis A₁ wird vorab ein Betriebsdruck P₁ eingestellt. Liegen die erwarteten Abstandswerte im Bereich A₁ < A < A₂, so wird ein niedrigerer Betriebsdruck P₂ voreingestellt. Bei noch höheren Messabständen jenseits A₂ wird mit nochmals reduziertem Betriebsdruck P₃ gemessen etc. Eine Umstellung des Messbereichs am Durchflusssensor kann dadurch ggf. vermieden werden. Da gerade in der für das Endmaß kritischen Endphase der Bearbeitung, d.h. bei den größten Abstandswerten, mit reduziertem Betriebsdruck gearbeitet werden kann, ist die Gefahr von Fluidverlust an Undichtigkeitsstellen hier geringer und die Messgenauigkeit bleibt im gesamten Messbereich weitgehend konstant.In fluidic measuring systems, which operate by means of a flow measurement, however, the operating pressure can be reduced with increasing distance. By reducing the operating pressure can be achieved that the fluid flow remains in each distance range in a particularly favorable for flow measurement value range. In 3 is shown schematically with the solid line, a possible functional relationship between the operating pressure P and the measuring distance A in the use of a fluidic measuring system with flow sensor. For example, the operating pressure may be reduced intermittently in increments of increasing distance. For smaller measuring distances up to A ₁ , an operating pressure P _{1 is} set in advance. If the expected distance values lie in the range A ₁ <A <A ₂ , then a lower operating pressure P _{2 is} preset. At even higher measuring distances beyond A ₂ , P _{3 is} measured with a further reduced operating pressure, etc. A changeover of the measuring range at the flow sensor can thereby possibly be avoided. Since it is possible to work with reduced operating pressure in the end phase of the final machining phase, ie in the case of the largest distance values, the risk of fluid loss at leakage points is lower and the measurement accuracy remains largely constant over the entire measuring range.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sitzt der Durchfluss-Sensor zwischen Luftverteiler 155 und Druckgasquelle 151, so dass die Summe der Teil-Fluidströme erfasst wird, die von der Druckgasquelle 151 zu den beiden Messdüsen 152, 153 fließt. Hierdurch wird eine „pneumatische Mittelung“ der Messwerte erreicht. Es ist auch möglich, in jeder der Druckgasleitungen 156, 157 einen separaten Durchfluss-Sensor anzuordnen, so dass die zu den einzelnen Messdüsen fließenden Fluidströme separat erfasst werden können. Die entsprechenden Signale der Durchfluss-Sensoren können dann bei Bedarf elektrisch gemittelt oder gesondert ausgewertet werden.In the embodiment shown, the flow sensor sits between the air manifold 155 and compressed gas source 151 such that the sum of the partial fluid flows detected by the compressed gas source 151 to the two measuring nozzles 152 . 153 flows. This achieves a "pneumatic averaging" of the measured values. It is also possible in each of the compressed gas lines 156 . 157 to arrange a separate flow sensor, so that the flowing to the individual measuring nozzles fluid streams can be detected separately. The corresponding signals of the flow sensors can then be electrically averaged if necessary or evaluated separately.

Beim Ausführungsbeispiel ist der Durchfluss-Sensor 170 maschinenfest an einer unbeweglichen Komponente der Honmaschine angebracht. Es ist auch möglich, einen oder mehrere Durchfluss-Sensoren an einer bei der Bearbeitung beweglichen Komponente der Honmaschine anzubringen, beispielsweise an oder in der Honspindel 132 oder der Antriebsstange 135. Gegebenenfalls können zusätzlich Ausgleichsgewichte vorgesehen sein, um eventuelle Unwuchten bei der Rotation der Honspindel zu verhindern. In the embodiment, the flow sensor 170 attached to a fixed component of the honing machine fixed to the machine. It is also possible to attach one or more flow sensors to a component of the honing machine that is movable during processing, for example on or in the honing spindle 132 or the drive rod 135 , Optionally, additional balance weights may be provided to prevent any imbalance in the rotation of the honing spindle.

Eine fluidische Geometriemessung unter Verwendung von einem oder mehreren Durchfluss-Sensoren ist auch bei anderen Feinbearbeitungsverfahren möglich, z.B. beim Finishen (Superfinishen). Beispielsweise könnten bei der Finishvorrichtung aus 6 der DE 10 2010 011 470 A1 die Messdüsen eines solchen fluidischen Messsystems an den Stellen angebracht sein, wo dort Radarsensoren angebracht sind.A fluidic geometry measurement using one or more flow sensors is also possible with other finishing processes, eg during finishing (superfinishing). For example, in the finishing device could 6 of the DE 10 2010 011 470 A1 the measuring nozzles of such a fluidic measuring system be mounted at the points where radar sensors are mounted there.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 3827892 C2 [0007]
DE 102012011470 A1 [0016]
EP 1932620 A1 [0048]
DE 102010011470 A1 [0053]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

"In-process geometry measurement in honing" by P. Uebelhör, in: Research Reports from the Institute for Machine Tools and Industrial Engineering of the University of Karlsruhe (Ed .: Prof. Dr.-Ing. H. Weule), volume 56 (1994) [0015]

Claims

Method for the contactless measurement of the geometry of a workpiece surface ( 165 ) with the aid of a fluidic measuring system ( 150 ), in particular for measuring the geometry of substantially rotationally symmetrical curved workpiece surfaces before machining by means of honing or finishing workpiece sections before, during and / or after a fine machining, wherein the measuring system ( 150 ) a measuring nozzle ( 152 . 153 ) attached to a tool ( 140 ) and via a pressure fluid line ( 156 . 157 . 155 . 154 ) with a pressure fluid source arranged away from the measuring nozzle ( 151 ), wherein the measuring nozzle for performing a measurement in the vicinity of the workpiece surface ( 165 ) and a dependent of the distance (A) between the measuring nozzle and the workpiece surface property of the pressurized fluid is measured and evaluated to determine the distance, characterized in that by means of a flow sensor ( 170 ) a fluid flow of the fluid flowing through the pressure fluid line to the measuring nozzle pressure fluid measured and a sensor signal of the flow sensor is evaluated to determine the distance.

A method according to claim 1, characterized in that the fluidic measuring system is designed as a pneumatic measuring system which works with a compressed gas, in particular compressed air, as a pressurized fluid, or that the measuring system is designed as a hydraulic measuring system, which with a liquid, in particular cooling lubricant, as Pressure fluid works.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the provided by the pressure fluid source operating pressure (P) of the pressurized fluid in dependence on the distance (A) according to a predetermined distance function is set in advance to a suitable value, wherein preferably the operating pressure is reduced with increasing distance ,

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the fluid flow of the pressurized fluid is determined by means of heat losses in the region of the flow sensor.

Measuring system for measuring the geometry of a finely machined workpiece surface of a workpiece, in particular for measuring the geometry of substantially rotationally symmetrical curved workpiece surfaces on workpiece sections machined by honing or finishing before, during and / or after a finishing operation, comprising: a measuring nozzle ( 152 . 153 ) attached to a tool ( 140 ) and via a pressure fluid line ( 156 . 157 . 155 . 154 ) with a pressure fluid source arranged away from the measuring nozzle ( 151 ), wherein the measuring nozzle is movable in the vicinity of the workpiece surface for carrying out a measurement and one of the distance (A) between the measuring nozzle and the workpiece surface ( 165 ) dependent characteristic of the pressure fluid is measured and evaluated to determine the distance, characterized by a flow sensor ( 170 ) for measuring a flow of fluid from the source of pressurized fluid ( 151 ) to the measuring nozzle ( 152 . 153 ) flowing through the pressure fluid conduit pressure fluid and for delivering a fluid flow representative of the sensor signal; and an evaluation device connected to the flow rate sensor for determining the distance from the sensor signal.

Measuring system according to claim 5, characterized in that the fluidic measuring system is designed as a pneumatic measuring system which works with a compressed gas, in particular compressed air, as a pressurized fluid, or that the measuring system is designed as a hydraulic measuring system, which with a liquid, in particular cooling lubricant, as Pressure fluid works.

Measuring system according to claim 5 or 6, characterized by an adjusting device for changing the operating pressure (P) of the pressure fluid source in dependence on the distance (A) corresponding to a predetermined distance function, wherein preferably the adjusting device is configured so that the operating pressure can be reduced with increasing distance.

Measuring system according to claim 5, 6 or 7, wherein the measuring system is designed as an in-process measuring system, wherein preferably the measuring nozzle ( 152 . 153 ) on a finishing tool ( 140 ) a device ( 100 ) for material-removing fine machining of a workpiece surface of a workpiece ( 160 ) is mounted such that the finishing tool serves as a support for the measuring nozzle.

Measuring system according to one of Claims 5 to 8, in which the measuring system is designed to carry out the method according to one of Claims 1 to 4.

Contraption ( 100 ) for material-removing fine machining of a workpiece surface of a workpiece ( 160 ), in particular for honing or finishing workpiece sections with workpiece surfaces which are curved in a substantially rotationally symmetrical manner at least one finishing tool ( 140 ) for machining the workpiece surface ( 165 ), and a measuring system ( 150 ) for measuring the geometry of the workpiece surface, characterized in that the measuring system is designed according to one of claims 5 to 9 and / or for carrying out the method according to one of claims 1 to 4.

Apparatus according to claim 10, wherein an evaluation device of the measuring system ( 150 ) with a control device ( 125 ) is connected to the processing machine signal transmitting and together with this forms a control device for controlling the fine machining based on measured values obtained with the measuring system, wherein preferably the processing time and / or the contact pressure of cutting material carriers are controllable on the basis of measured values of the measuring system.

Using a flow sensor ( 170 ) in a fluidic measuring system ( 150 ) for non-contact measurement of the geometry of a workpiece surface for measuring the fluid flow of a pressurized fluid which flows in a pressurized fluid line comprising a pressurized fluid source ( 151 ) of the measuring system with a measuring nozzle ( 152 . 153 ) of the measuring system, which is mounted remotely from the source of pressurized fluid to a tool.