机床及用于测量工件的方法

机床及用于测量工件的方法
【专利摘要】本发明涉及机床、尤其磨床以及在机床、尤其磨床中用于测量工件、尤其工件直径的方法，机床包括工件安装装置（14）、工具单元（28）、测量装置（48）以及可连接至测量装置（48）和工具单元（28）的控制装置（56），其中测量装置（48）安置在工具单元（28）上并包括至少两个测量探针（66、68），在测量配置中，至少两个测量探针（66、68）由限定测量区域（78）的基本间距（86）间隔开，其中基本间距（86）大于参考工件的已知参考尺寸（84），其中控制装置（56）配置成控制工件的探查，使得首先至少两个测量探针（66、68）中的第一探针（66）沿进给轴线（70）移动直至能够进行测量，然后另一侧上的工件通过至少两个测量探针（66、68）中的第二探针（68）探查，工具单元沿进给轴线（70）移动，其中控制装置（56）被配置成接收至少两个测量探针（66、68）探测的值和探测工具单元（28）的实际位置，以及配置成当探查移入测量区域（78）的工件（96）时，在工具单元（28）的位移路径（98）的基础上，考虑参考尺寸（84）和/或基本间距（86），确定工件的实际间距（100）、尤其实际直径。
【专利说明】机床及用于测量工件的方法
[0001]本发明涉及机床(特别是磨床)，该机床具有工件安装装置、工具单元、测量装置，并且具有可连接至测量装置和工具单元的控制装置。本发明还涉及用于测量机床中(具体为磨床)的工件的方法。
[0002]机床(特别是磨床)是公知的现有技术。例如，圆磨床可以具有旋转对称的工具如砂轮，为了去除材料，该工具可以以适当的方式与工件相互作用。圆磨床可以例如被配置为外圆磨削、内圆磨削或切入磨削或角度切入磨削。在原则上，除了磨轮之外，圆磨削还可使用磨带。当工件安装装置和工具单元可以以适当方式驱动且相对于彼此可移动时，除了旋转对称面之外，还可对偏心成形工件面进行加工。例如，凸轮轴、曲轴或具有偏心几何形状的相似工件可以通过这样的方式进行机加工或磨削。
[0003]待机加工的工件可安置在例如工件安装装置的两个顶部之间，或安置在工件安装装置中的一侧上。同样公知的是所谓无心磨削，其中工件并不是安置在磨床中的顶部之间，而是可通过例如承载轨道、调节轮、导轮等进行安置和引导。
[0004]DE102009042252A1公开了具有测量装置的磨床，该测量装置配置成用于在机加工操作过程中测试项目的过程中测量(Inprozess-Messung)。为此，测量装置具有测量头，该测量头通过联动装置绕枢轴旋转地连接至测量装置本体。测量头具有可伸长的测量探针，该测量探针联接至测量棱镜，并且用于确定测试项目的直径或圆度。联动装置被配置成使测试件能够在确定区域上完成移动，例如曲轴的曲轴轴颈绕其旋转轴线的旋转。
[0005]原则上，即使是在磨削加工偏心设置的圆柱面的情况下，至少也可以通过逐段测量来实现过程中测量。这可以与磨削同时实现。然而，测量装置具有复杂的设计。联动装置的构造成本高昂，并且在操作中的控制成本也较高。
[0006]所谓的过程中测量(S卩，在机加工操作过程中的测量)可允许高精确度机加工操作，并且可有助于提高制造质量和过程可靠性。但是，为此，通常有必要为每个待测量的工件测量(即，例如为每个直径)提供与预期测量精确匹配的测量头。测量头可以是例如单一用途的测量头，或例如可调节地安置有两个测量探针的测量头，其中两个测量探针之间间隔开对应于预期的间距。每个测量探针都以高度精确的方式进行适应并相应地与待测试的测量对齐。
[0007]在例如DE19616353A1中示出了这种过程中测量头。在这种情况下,为了使测量头适应各种应用，所必需的昂贵的设置过程、调节过程或校准过程可能是不利的。特别是在中小批量的单一单元机加工的情况下，测量头的设置可造成不小的时间和金钱开支。
[0008]在此背景下，必须已说明的是，从DE102009042252A1已知的测量装置有时不能满足过程中测量必需的测量精确度。相关联的测量头具有通过联动装置的多个联动元件联接至绝对测量参考件的测量探针和测量棱镜。沿联动装置的运动链的各个元件的路径的所有误差都可以影响测量头相对于测试项目的位置。这可能是不利的，尤其是在偏心工件逐段测量的情况下。测量头相对于测试项目的位置(例如，相对于其角位置)可包含误差。
[0009]在此背景下，本发明的相关目的是提供一种机床，特别是磨床，使得该机床能够在少量支出的情况下进行高度精确和高度灵活的工件测量，并且该机床可能在仅有一种测量配置的情况下以具体可变的方式实施测量。另外，本发明提供用于测量工件、特别是测量工件直径的方法，该方法可采用例如机床来实施。
[0010]所述目的通过根据本发明的机床、特别是磨床实现，该机床包括:
[0011]-工件安装装置，带有用于安置工件的至少一个工件夹持部件，
[0012]-工具单元，带有工具主轴，具体带有磨头，磨头用于安置和驱动工具，工具具体为至少一个磨轮，其中工具单元可沿进给轴线朝向工件移动，
[0013]-测量装置，安置在工具单元上，其中该测量装置具有至少两个测量探针，其中，在测量配置中，该至少两个测量探针由限定测量区域的基本间距间隔开，其中基本间距选为大于已知参考尺寸，以及
[0014]-控制装置，可连接至测量装置和工具单元，其中控制装置配置成用于获得用至少两个测量探针探测的值和探测工具单元沿进给轴线的实际位置的值，并被配置成当探查移入测量区域的工件时，在工具单元的位移路径的基础上，考虑参考尺寸和/或基本间距，用至少两个测量探针确定实际间距，具体地确定实际直径。
[0015]本发明的目的通过这种方式完全实现。
[0016]根据本发明，与待测量工件的预期测量相比，测量头具有“过大尺寸”，然而，在测量过程中对该“过大尺寸”进行补偿。例如，当测量工件的直径时，首先，通过工具单元的运动沿进给轴线移动至少两个测量探针中的第一测量探针，直至可以实现测量，其中测量装置安置在工具单元上。然后，通过以相应方式沿进给轴线移动工具单元，在例如相对侧，由至少两个测量探针中的第二测量探针探测工件。
[0017]工具单元的位移路径可在所述双重探查过程中确定。实际间隔可以以简单的方式由基本间距确定，基本间距通过使用已知参考尺寸确定。
[0018]通过这种方式，为了实施测量，机床以具体有利的方式进行配置，该测量可结合绝对测量和相对测量的元素。机器方面的不准确，例如，作为操作中温升的结果的变形等，仅能影响通常通过探查过程中沿进给轴线移动的工具单元的两个绝对实际位置之间相对间距的测量结果。该测量可以以低误差方式实现。
[0019]机器方面的影响因素无法以显著方式影响测量头本身，特别是至少两个测量探针之间的基本间距。与必须以高度精确的方式将测量头调节至预期测量的过程中的测量相t匕，根据本申请的测量灵活性明显提高。通过这种方式，例如，即使在中小批量的单一单元机加工的情况下也可以以低成本确保高制造品质。特别是在这样类型的应用的情况下，即使磨轮不能接合，也不会有显著影响。
[0020]可以理解，探测实际位置的能力可用于确定位移路径。位移路径可对应于探查过程中沿进给轴线的工具单元的两个实际位置之间的间距。实际位置可以以绝对方式或相对方式进行探测。
[0021]公知的绝对测量头通常具有至少两个复杂测量元件，每个测量元件设有一个探针。由于该设计，探针被设置成可例如以剪刀的方式移动，或设置为可朝向彼此移动并设置成彼此基本平行。因此，绝对测量头通常以非常昂贵的方式构造。重量和安装尺寸相当可观。由于高投资成本，绝对测量头不适合作为用于多个应用的测量器具。对于测量探针被设置为可朝向彼此移动的绝对测量头的复杂设计经常与测量精确度的降低密切相关。由于其复杂的设计，这些类型的测量头只能以高成本实现。[0022]相比之下，具有至少两个测量探针的测量头以及可移动的工具单元(已提供)的组合可在构造和成本的较低支出情况下产生较高测量精确度，其中在测量配置中，至少两个测量探针由固定的基本间距间隔开。正如已经提到的，例如所谓的热过程引起的机器方面的误差只能通过小的相对值影响测量结果，即工具单元两个实际位置之间的差别。通过已知参考尺寸校准测量装置可导致以无误差或低误差的方式确定大部分基本间距。
[0023]在公知过程中测量头的情况下，当对夹紧装置中同一工件上的多个直径进行磨削时，对于每一个直径必须准备其自身的测量器具，例如自身的测量头。
[0024]具有“过大尺寸”的测量头可以使得能够在制造过程中测试每个所述直径，不用必须松开工件。在这样的背景下，还能产生明显减少的投资支出以及具有几乎相同精确度的安装空间的支出。
[0025]可以理解，术语“移入”可以以相对的方式来理解。将工件移入测量装置的至少两个测量探针之间的测量区域还可以通过例如朝向工件移动测量探针实现。
[0026]至少两个测量探针可配置为例如接触测量探针，或配置为以非接触方式测量的测量探针。
[0027]按照本发明的进一步发展，测量装置具有测量头，该测量头上安置有至少两个测量探针，其中测量头可枢转以将工件移入测量区域。
[0028]通过这样的方式，通过简单的枢转运动可朝向工件移动测量头，以便能进行探测。这可以通过例如线性驱动装置(例如液压缸)实现。可枢转性可防止碰撞，例如，由磨削操作过程中移动工具单元引起的碰撞。
[0029]除这种枢转装置之外，常规的测量装置无需更多单独驱动装置。
[0030]测量头可以以例如U形方式进行构造。在这种情况下，第一和第二测量探针可以形成U形的部分。U形的内部空间可以确定测量区域。
[0031]根据本发明的另一方面，测量装置具有联接联动机构，该联接联动机构允许在测量位置与脱离接合位置之间的枢转。
[0032]联接联动机构能够以特别节省空间的方式进行配置。两个端部位置、即例如测量位置和脱离接合位置可以由联接联动机构限定。具体地，可通过结构性措施(诸如停止装置等)以高水平的再现性改变测量位置。
[0033]在联接联动机构的情况下，当测量位置和脱离接合位置由例如机械措施限定时，可选择简单的驱动元件或调节元件来驱动测量装置。以这种方式可避免用于联接联动机构的昂贵控制设备。
[0034]作为替代，可设置例如具有限定的枢转区域的枢转接合装置或例如联接至可控制马达的枢轴臂代替联接联动机构。当马达具有高水平定位精确度时可以是有利的。
[0035]根据另一实施方式，基本间距与实际间距的比率最大值为约2:1，优选比率最大值为1.5:1，较优选比率最大值为1.2:1，更优选比率最大值为1.1:1。
[0036]基本间距与实际间距之间的比率越小，机器侧的影响对实际间距的影响越小。
[0037]相比之下，在基本间距与实际间距之间的比率大的情况下，可以产生更大的测量装置的灵活性。测量头可适合于多个实际间距、特别是实际直径。机器侧的影响主要来自位移路径，位移路径例如对应于基本间距与实际间距之间的差异。
[0038]考虑到工具单元的位移路径，可通过沿进给轴线移动工具单元并在两侧上探查容纳在工具安装装置中的参考尺寸。
[0039]在基本间距与实际间距之间的比率小的情况下，可确保确定基本间距时的高水平精确性。当参考尺寸几乎对应于(即仅不显著小于)基本间距时，可实现最高水平的精确度。
[0040]根据另一实施方式，至少两个测量探针中的至少一个测量探针在比例性区域中可偏转，其中控制装置配置成探测至少一个测量探针的偏转。
[0041]为此，至少一个测量探针可设有用于探测偏转的位移传感器。位移传感器可配置为例如电感式位移传感器、电容式位移传感器或电位计式传感器。可以想到用于检测偏转的其它原则。偏转还可以通过例如应变仪进行检测。还可以采用压电元件。
[0042]可偏转的测量探针允许至少在比例性区域中的高精确度位置检测。
[0043]当确定实际间距时，可考虑至少一个测量探针的偏转。例如，当为探查工具移动工具单元时，以这种方式可识别并补偿绝对的机器影响。工具单元的位移路径可以用至少一个测量探针的偏转的知识进行修正。
[0044]根据本发明的另一实施方式，工件可安装在工件主轴上，工件主轴可以以选择性的方式绕工件主轴轴线旋转地驱动，其中工件主轴轴线优选设置成相对于进给轴线垂直，并且其中工具主轴优选具有设置成平行于工件主轴轴线的工具主轴轴线。
[0045]以这样一种方式构造的工件主轴还可以被指示为例如C-轴线。可控制的C-轴线可以允许在沿工件周边的不同位置对实际间距的有针对性的测量。
[0046]当使用至少一个可偏转测量探针时，可延伸测量装置的应用区域。例如，具体在与工件主轴的结合中可探测工件的圆度误差，工件主轴可绕其工件主轴轴线(即，C-轴线)有选择地驱动。以这种方式，例如形状公差也可以进行检测。
[0047]根据另一实施方式，工具单元可平行于工件主轴轴线相对于工件移动。
[0048]以这种方式，可确定所安置工件的多个不同轴向位置处的实际间距。
[0049]根据另一方面，控制装置配置成通过联接的运动沿进给轴线以选择性的方式移动工具单元，以及以选择性的方式绕工件主轴轴线驱动工件主轴。
[0050]这种类型的联接运动允许探测偏心的几何形状，例如，曲轴的曲柄销或凸轮轴的凸轮面、或其他圆度误差。
[0051]可以想象，通过以两个测量探针沿旋转偏心工件的确定位置在两侧上的探测来探查各自的实际间距。可替换地或另外地，如果工具单元通过使得在所述工件旋转时测量探针至少部分抵靠工件的方式移动，测量探针能够检测表面误差。
[0052]根据另一方面，控制装置还可被配置成通过联接运动以选择性的方式平行于工件主轴轴线移动工具单元。
[0053]因此，除了受限于例如工件轴向位置的圆度公差之外，还可确定圆柱度误差。为此，在材料过程中，工具单元可随测量装置轴向地沿工件进行移动。可在工件上例如沿螺旋路径实现探查。
[0054]工具单元可包括例如十字台或工具单元可安装在十字台上，十字台为进给轴线以及相对于工件主轴轴线(例如平行)的运动提供引导器具。然而，可以理解，还可以以不同的方式构造工具单元。原则上，可省略例如具有两个引导器具的十字台。工具单元可安置在例如用于进给轴线的引导器具上。在这种情况下，工具单元平行于主轴轴线的运动在原则上也可以由所容纳工件相对于工具单元的运动引起。可以设想进一步的构造。[0055]根据本发明的另一方面，控制装置配置成用快速进程或探查进程以选择性的方式移动具有测量装置的工具单元。
[0056]这样，可在通过提高行进速度节省时间与操作可靠性之间保持最优。随着探查进程，例如爬行进程，工具单元可以突然停止。这在测量头发出的至少两个测量探针中的至少一个正在以一定的探查力探查工件的信号时也可实现。相比之下，可实现在高加速度或高速下无需担心碰撞的进给进程。
[0057]根据另一实施方式，控制装置配置成在后续机加工过程中在考虑工件实际间距的情况下选择性地驱动和转移工具单元和工具。
[0058]这样，例如在测量工件的过程中可确定校正值，校正值将成为操作后续阶段的基础。这样，可以以可靠的方式(例如逐渐地)提供互相测量和校正使工件实现必要的完成尺寸。控制装置可以在校正值的基础上以限定的方式驱动工具并以针对性的方式进给工具单
J Li ο
[0059]根据另一方面，控制装置与工具单元的位置传感器相联接，可通过工具单元的位置传感器探测工具单元的实际位置。
[0060]位置传感器可以与例如增量的或绝对的测量尺联接，该增量的或绝对的测量尺允许在工具单元在进给轴线上的实际位置的高度精确探测。工具单元的不同实际位置之间的比较允许位移路径的高度精确确定。
[0061]本发明的目的还通过用于测量机床(特别是磨床)中工件(具体为工件直径)的方法实现，所述方法具有以下步骤:
[0062]-准备可沿进给轴线相对于工件移动的测量装置，其中测量装置优选安置在工具单元上，其中测量装置具有至少两个测量探针，
[0063]-设置至少两个测量探针之间的基本间距，基本间距选择为大于参考几何形状的已知参考尺寸，并限定测量区域，
[0064]-将参考几何形状安置在机床中，
[0065]-将参考尺寸带入测量区域，
[0066]-相对于参考几何形状移动测量装置，并且用测量探针探查参考尺寸，同时探测测量装置的实际位置，从而探测测量装置的位移路径，以及
[0067]-在考虑探查时测量装置的实际位置和参考尺寸的情况下，确定基本间距。
[0068]可以理解，在这里，带入步骤也通过在参考几何形状的参考尺寸与测量装置之间的相对运动实现。
[0069]校准测量装置或使测量装置标准化可使用本方法以简单的方式进行。因此，只要能够将多个工件几何形状带入测量区域，具有至少两个测量探针的测量装置就适合于测量多个工件几何形状。
[0070]该方法还可包括以下步骤:
[0071]-将工件安置在机床中，将工件的测量几何形状带入测量区域，
[0072]-用测量探针探查工件的测量几何形状，同时探测测量装置的位移路径，以及
[0073]-在考虑探查时测量装置的位移路径和基本间距的情况下，确定测量几何形状的实际间距。
[0074]在通过已知参考尺寸对测量装置的一次性校准后，测量装置可用于多个测量操作。测量可并入例如制造序列中，制造序列包括例如用一次夹紧工件的粗机加工、精机加工和最后机加工。
[0075]可以理解，可用于确定测量装置位移路径的测量装置实际位置可理解为例如绝对位置，或理解为参考测量尺的相对位置。当确定实际间距时，可以以相对方式或绝对方式确定测量装置的位移路径。
[0076]该方法可用符合上述方面的具体机床执行。可以理解，该方法还可以根据上述机床中的一个或多个方面进一步发展。
[0077]本发明的目的还通过工具控制程序实现，该工具控制程序具有程序代码，程序代码配置成在控制装置上执行工具控制程序时引起控制装置执行符合上述方面的方法的步骤。
[0078]可以理解，本发明的上述特征以及有待在下文中解释的特征不仅可在不同情况下以所提供的组合使用，而且在不脱离本发明范围的情况下可以以其他组合或独立使用。
[0079]通过以下参照附图对几个优选示例性实施方式进行描述，得出了本发明的其他特征和优点，在附图中:
[0080]图1示出根据本发明的机床的俯视图；
[0081]图2示出图1的根据本发明的机床的立体图；
[0082]图3a、3b示出与根据图2的机床一起使用的、在脱离接合位置和测量位置的测量装置侧视图。
[0083]图4示出测量头和参考工件的简化示意图；
[0084]图5a、5b不出根据图4的测量头在探查工件时的不同位置；
[0085]图6a、6b示出根据图4的测量头在用致动装置探查工件时的不同位置，其中致动装置关于图5a和图5b进行修改；
[0086]图7示出根据图4的测量头在探测工件形状公差时的视图；
[0087]图8示出根据图4的测量头在探测偏心方式旋转的工件的视图；以及
[0088]图9示出用于校准测量装置的方法以及用于测量工件的方法的示意流程图。
[0089]在图1中示出根据本发明的机床，其整体由标号10指示。
[0090]当前的机床10被配置为磨床。机床10具有支承台12,支承台12可设置为例如框架的一部分。工件安装装置14安装在支承台12上，并且在支承台12上进行引导。工件安装装置14具有工件主轴箱，工件主轴箱设有工件主轴16。工件主轴16具有与其相关联的尾座18。工件可安装在工件主轴16与尾座18 (未在图1中示出)之间。
[0091]工件主轴16具有工件主轴轴线20，工件可绕工件主轴轴线20旋转地驱动，具体参照由标号24指示的箭头。工件主轴轴线20还可以被指示为C-轴线。C-轴线可允许安装在工件安装装置14中的工件的定向、受控的旋转。参照图2，由标号22指示的箭头标记了沿所谓Z-轴线的可能运动。工件与机加工工具之间的相对运动可以沿Z-轴线实现。为此，工件、工具或这二者都可以沿Z-轴线移动。Z-轴线与工件主轴轴线20平行，或与工件主轴轴线20 —致。
[0092]工具单元28也安装在机床10的支承台12上。工具单元28可具有工具台29。工具台29可设置为例如十字台。还可设想其他构造。工具单元28具有工具主轴30，在当前情况下，工具主轴30设置为例如磨头。在这种情况下，工具32例如磨轮被安装在工具主轴30上。工具32可设定为通过工具主轴30绕工具主轴轴线34旋转(参照由标号36标记的箭头)。工具32在图1中仅部分可见。工具单元28还具有罩38，罩38覆盖工具32的很大一部分。
[0093]具体地，当工具单元28具有十字台形式的工具台29时，工具主轴30可沿用标号40标记的箭头相对于工件安装装置14移动。参照图2，箭头40还可以与Z-轴线相关联。具体地，在工件的机加工过程中，当没有为工件安装装置14提供沿箭头22的纵向位移时，可以通过将工具32安装在其上的工具主轴30沿箭头40移动来实现工件与工具32之间的相对运动。
[0094]再次参照图2，由标号42指示的箭头示出了可与X-轴线相关联的进给方向。工具32可沿X-轴线朝向工件进给，以与工件接合。X-轴线也可以被指示为进给轴线，参照图2中的进给轴线70。沿X-轴线或进给轴线70的运动可由例如支承台29和/或支承台12的适当引导器具进行引导。
[0095]作为示例，图1中的工具单元28还具有B-轴线44。如图1所示，B-轴线44与投影平面成直角。B-轴线44使得工具主轴30能够按照由标号46指示的枢转箭头枢转。B-轴线44可使得能够在工具单元28上提供具有工具32的多个工具主轴30。工具可通过枢转B-轴线44转移至所需要的机加工位置。以这种方式，可用例如具有不同磨料的工具32进行柔性机加工。因此，例如用于粗机加工、精机加工或最后机加工的不同磨轮可以在没有耗费任何具体结构的情况下与工件相接合。B-轴线44与Z-轴线(参照箭头22和箭头40)或X-轴线(参照箭头42)之间的关联还可以构造为与图1中不同。作为示例，B-轴线44还可以设置为平行于工件主轴轴线20或平行于工具主轴轴线34的轴线的替代物。在这种构造的情况下，其他工具例如可安装在延伸臂上，延伸臂安装在工具主轴30上，并且可为其他工具绕工具主轴轴线34朝向工件的转入枢转(图1未示出)。
[0096]可以理解，机床10也可以设置成没有B-轴线44，特别是在仅设有一个工具主轴30的情况下。
[0097]参照图2，测量装置48安装在工具主轴30上。测量装置48具有测量头50。由标号52指示的箭头指示了具有测量头50的测量装置48在工具主轴30上可枢转地安装。
[0098]机床10还具有控制装置56，控制装置56可设置成用于以针对性的方式致动具有工件主轴16的工件安装装置14、和具有工具主轴30、工具32以及B-轴线44或工件主轴轴线20 (在适用情况下)的工具单元28。在这种情况下，可以实现例如沿X-轴线或Z-轴线的运动。另外，控制装置56还可以配置成以所提供的方式从机床10的部件接收操作参数，例如位置参数。控制装置56可具有例如探测单元、评估单元和控制单元。
[0099]在图2中示出坐标系58以说明机床10的X-轴线、Y-轴线和Z-轴线。可以理解，所命名的轴线和方向纯粹是用于说明用途，而不是用于限制本公开。更加可以理解，原则上，机床10的部件朝向彼此的运动可以以相对的方式实现。这意味着，例如，如果第一元件相对于第二元件是可移动的，那么或第一元件或第二元件可执行该运动。同样可设想的是，两个元件一起移动。
[0100]在图2中，可设置为例如夹紧卡盘的工件夹持装置60安装在工件安装装置14的工具主轴16上。为了说明的目的，在图2中已经省略机床10的不同部件的表示。作为示例，未示出尾座18。可以理解，例如，在刚好为短工件的情况下，工件夹持装置60上的一侧安置就足够。相比之下，特别地，例如长和/或薄壁的工件可以通过例如在工件主轴16和尾座18 (参照图1)中的至少一个旁插入的固定中心架(未示出)进行附加支承。
[0101]测量装置48具有可设置为联接联动机构64的转入机构。测量装置48安装在工具主轴30上，并且可随工具主轴一起沿进给轴线70移动。进给轴线70可以对应于X轴线，或者可以设置成平行于X轴线。箭头42表示相关的前后运动。
[0102]在图2中测量装置48位于测量位置。在测量位置，具有第一测量探针66和第二测量探针68的测量头50移动进入或枢转进入工件主轴轴线20的区域中。
[0103]在图3a和图3b中说明测量装置48的示例性设计。测量装置48具有由联接联动机构64体现的枢转机构。在目前的情况下，联接联动机构64设置为例如双摇杆。可设想其他机构来实现测量装置48的转入功能。
[0104]联接联动机构64具有设置为摇杆的两个联接构件72a、72b。参照图2，安装摇杆72a、72b可旋转地安装在工具主轴30上。摇杆72a、72b都连接至构造为联动装置的联接构件74a、74b。在图3a和图3b中所示长度比率的情况下，摇杆72a、72b以及联动装置74a、74b在按照箭头52所指的方向枢转时生成相对于彼此的平行引导。可容易地设想到其他长度比率。
[0105]联动装置74a、74b在其前部区域连接至延伸臂76。延伸臂76通过例如枢转接合装置连接至联动装置74a。联动装置74b通过例如纵向槽连接至延伸臂76。
[0106]联接联动机构64可以例如为了满足某些可采纳的安装空间条件的目的而进行构造。特别是与纯粹的枢转臂相比较时，可产生安装空间的优点。但是，可以理解，测量装置48的枢转还可以以另一方式实现。
[0107]在图3a中示出与摇臂72b相联接的调节缸77。当调节缸77进行延伸时，可枢转联接联动机构64。可设想用于枢转的其他驱动装置。
[0108]图3b所示的说明可以对应于例如根据图2的测量位置。相比之下，图3a示出例如测量装置48的脱离接合位置。在根据图3b的测量位置，具有第一测量探针66和第二测量探针68的测量头50例如以能够进行相互探查的方式围绕工件。测量探针66、68限定测量区域78，测量区域78确定例如待测工件或工件待测部分的最大尺寸。
[0109]作为示例，图4示出如何在测量前对具有测量探针66、68的测量装置48的测量头50进行校准。为此，将具有已知参考几何形状82的参考工件引入测量区域78中。具有参考几何形状82的参考工件可安装在例如机床10的工件安装装置14中，并可通过测量装置48的枢转移动至测量区域78中。
[0110]参考工件的参考几何形状82具有已知参考尺寸84。为了校准测量头50或使测量头50标准化，参考尺寸84或参考几何形状82通过第一测量探针66或第二测量探针68彼此侧向地探查。参照图2，工具主轴30的相关联运动由箭头42a和箭头42b指示。作为示例，测量头50通过转入机构64和工具主轴30连接至位置传感器92和测量尺90，测量尺90描述了例如沿进给轴线70的工具单元28的实际位置。
[0111]通过这种方式，当用第一测量探针66和第二测量探针68分别探查参考几何形状82时，可探测相关联的实际位置。基本间距86可以以简单的方式从所述实际位置与已知参考尺寸84之间的间距确定。基本间距86可以作为工件上所有后续测量的基础。可将通过位置传感器92获取的位置数据提供至例如控制装置56以用于评估。位置可以以另一方式进行探测。位置传感器92可以设置为例如增量传感器或绝对传感器。另外，可以利用例如光的、电感的、电容的或磁性的测量原理。
[0112]图4中给定标号88的箭头还指示例如第二测量探针68可按偏转一定角度。测量探针68的这种偏转也可以进行探测并将结果提供至控制装置56。第一测量探针66可以以相同的方式构造。当在校准过程中探查参考几何形状82时，例如第一测量探针66和第二测量探针68可校准在其中间位置，即没有任何可观的偏转。为此，工具主轴30沿进给轴线70的实际位置可变化，直至由测量探针66、68输出的位置信号均是零。在这种中间位置，可将例如第一测量探针66和第二测量探针68的所谓测量电路设定为零。
[0113]在下面的测量中，除了工具主轴30沿进给轴线70的实际位置之外，可将探查过程中第一测量探针66的偏转或第二测量探针68的偏转考虑在内，以便能够确定确切的间距。
[0114]图5a和图5b示出确定工件96的直径的示例。在图5a中，测量头50的第一测量探针66抵靠工件96。随后工具主轴30的移动以及因此产生的测量头50的移动导致第二测量探针68在相对侧抵靠工件96。工具主轴30的位移路径由给定标号98的箭头示出。在了解基本间距86 (参照图4)和位移路径98的情况下，实际间距100、特别是工件96的实际直径可以以简单的方式确定。
[0115]在图4中由箭头88指示的测量探针68的偏转或测量探针66的偏转可产生例如修正值，在确定实际间距100时可考虑该修正值。
[0116]在替代性方式中，在测量探针66或测量探针68的各自探查过程中，工具主轴30可向上移动，直至由测量探针66、68输出的信号对应于中性位置，S卩，零偏转或几乎为零的偏转。
[0117]当确定实际间距100时，机器侧的影响因素、例如机床10的热过程原则上仅会通过小位移路径98影响测量结果。与例如基本间距86与参考间距84之间的差异对应的“过大尺寸(Iibermass)”允许对具有不同尺寸的多个不同的工件96进行测量。
[0118]在图6a和图6b中解释原则上类似于图5a和图5b的测量序列。然而,工件96的探查是以不同的进给速度实现的。因此，可有利于以迅速进程或快速进程将测量探针66初始地提供至预备位置，在预备位置，所述测量探针还没有接触工件96。为了避免损坏测量头50或工件96，从预备位置出发，可以以探查进程实现进一步进给，直至测量探针66’探查到工件96。
[0119]以相同的方式，测量探针68的探查可以通过以迅速进程首先提供至预备位置来实现。从预备的位置出发，可以通过缓慢探查进程实现进一步进给(参照给定标号102a的箭头)。测量探针68’已经探查到工件96。
[0120]工件96的实际间距可以通过位移路径98以及已知基本间距86来确定。
[0121]图7示出，测量头50允许其他应用可能性。图7中待测试的工件96具有由标号104指示的形状误差。在这种情况下，作为示例，误差可以是例如圆度误差或甚至是圆柱度误差，参照给定标号106a、106b的公差符号。测量探针66可偏转，并且因此在工件96绕工件主轴轴线20旋转时可以以连续或间歇的方式探测形状误差104。在这种情况下，当测量探针66具有大比例范围时可以是优选的，以便还能够探测大的误差。
[0122]例如，当安装有测量装置48的工具主轴30在工件96旋转时沿平行于工件主轴轴线20的Z-轴线延伸，可探测圆柱度误差。作为示例，例如，这种圆柱面可以沿螺旋路径进行探查。工件96能够以这种方式“扫描”。
[0123]在图8中，工件96以这样一种方式进行构造，使得绕中心部分108的偏心部分绕工件主轴轴线20转动。当以沿X-轴线(即，进给轴线70)驱动工具主轴30且同时绕所谓的C-轴线驱动工件96的目的构造控制装置56时，可测量至少部分偏心地构造的工件96，其中，在目前的情况下，所谓的C-轴线与工件主轴轴线20重合。作为示例，当工件96以偏心方式旋转时，可以在工件96上实现第一测量探针66的预期接触位置的联接运动。原则上，例如圆度公差或圆柱度公差也可以以这种方式进行探测。但是，可设想的是，以类似于图5a、图5b或图6a、6b的方式用两个测量探针66、68逐段驱动偏心工件96并探测实际间隔，例如实际直径。
[0124]图9示出用于测量工件的方法的不同步骤，所述方法能够用机床10实施。
[0125]该方法可具有包括例如校准或标准化的初始块130。
[0126]在第一步骤132中准备参考尺寸例如参考体并将其引入测量区域。该引入可通过例如枢转测量装置来实现。
[0127]可在后继步骤134中用第一测量探针实现参考尺寸的第一探查。第一探查134可通过步骤136和步骤138终止。步骤136可包括校准第一测量探针的测量电路。步骤138可包括沿X-轴线或进给轴线探测实际位置。
[0128]然后可继续步骤140，步骤140包括通过第二测量探针的第二探查。第二探查的步骤140可包括可结束步骤140的步骤142和步骤144。步骤142可包括电校准第二测量探针的测量电路。步骤144可包括沿进给轴线或X-轴线探测第二实际位置。
[0129]在后续步骤146中，通过所探测的值和已知参考尺寸可确定基本间距，基本间距可作为进一步测量的基础。步骤148结束校准或标准化。
[0130]作为示例，用标号150描述的块描述了使用事先确定的基本间距的工件测量。
[0131]在第一步骤152中，安装待测量的工件，并且，通过例如枢转测量装置将该工件移入其测量区域。
[0132]在可选步骤154中，可以以第一进给速度接近预备位置。在进一步的步骤156中，可接近第一测量位置，在第一测量位置用第一测量探针实现工件的第一探查。该接近可以以例如第二进给速度实现。在进一步的步骤158中，可获得与第一探查相关联的位置值。
[0133]在随后的后继可选步骤160中，可以以第一进给速度接近第二预备位置。后继步骤162包括接近第二测量位置，第二测量探针可在第二测量位置接触工件96。该接近可以以例如第二进给速度实现。在进一步的步骤164中，可获得与第二探查相关联的位置值。
[0134]在步骤166中，结合第一探查和第二探查，通过所获得的数据和基本间距确定实际间距。测量操作由步骤168终止，步骤168还可以包括例如测量装置的转出。
[0135]箭头170表示在一次性校准之后可以进行多个测量。在这种情况下，只要不同的实际间距在测量区域的范围内，就可确定不同的实际间距。
[0136]所描述的方法步骤可以是例如工具控制程序的对象。
【权利要求】
1.一种机床,特别是磨床,包括: -工件安装装置(14)，包括用于安置工件(96)的至少一个工件夹持部件(16、18)， -工具单元(28)，包括工具主轴(30)，所述工具主轴(30)包括用于安置和驱动工具(32)的磨头，所述工具(32)为至少一个磨轮，其中所述工具单元(28)能够沿进给轴线(70)朝向所述工件(96)移动， -测量装置(48)，安置在所述工具单元(28)上，其中所述测量装置(48)包括至少两个测量探针(66、68)，其中，在测量配置中，所述至少两个测量探针(66、68)由限定测量区域(78)的基本间距(86)间隔开，其中所述基本间距(86)大于已知参考尺寸(84)，以及 -控制装置(56)，能够连接至所述测量装置(48)和所述工具单元(28)，其中所述控制装置(56)配置成接收由所述至少两个测量探针(66、68)探测的值并接收所述工具单元(28)沿所述进给轴线(70)的实际位置，以及还被配置成当探查移入所述测量区域(78)的所述工件(96 )时，在所述工具单元(28 )的位移路径(98 )的基础上，考虑所述参考尺寸(84 )和/或所述基本间距(86)，由所述至少两个测量探针(66、68)确定实际间距(100)、特别是实际直径。
2.如权利要求1所述的机床(10)，其中所述测量装置(48)包括测量头(50)，所述至少两个测量探针(66、68)安装在所述测量头(50)上，并且其中所述测量头(50)能够枢转以将所述工件(96)移入所述测量区域(78)。
3.如权利要求1或2所述的机床(10)，其中所述测量装置(48)包括联接联动机构·(64)，所述联接联动机构(64)允许在测量位置与脱离接合位置之间枢转。
4.如上述权利要求中任一项所述的机床(10)，其中所述基本间距(86)与所述实际间距(100)的比率最大值为约2:1，优选比率最大值为1.5:1，较优选比率最大值为1.2:1，并且更优选比率最大值为1.1:1。
5.如上述权利要求中任一项所述的机床(10)，其中所述至少两个测量探针(66、68)中的至少一个测量探针(66 ;68)在能够比例区域中偏转，并且其中所述控制装置(56)配置成探测所述至少一个测量探针(66 ；68)的偏转。
6.如上述权利要求中任一项所述的机床(10)，其中所述工件(96)能够安装在工件主轴(16)上，所述工件主轴(16)能够以选择性的方式绕工件主轴轴线(20)旋转地驱动，其中所述工件主轴轴线(20)优选设置成相对于所述进给轴线(70)垂直，并且其中所述工具主轴(30 )优选包括设置成平行于所述工件主轴轴线(20 )的工具主轴轴线(34)。
7.如权利要求6所述的机床(10)，其中所述工具单元(28)能够平行于所述工件主轴轴线(20)相对于所述工件(96)移动。
8.如权利要求6或7所述的机床(10)，其中所述控制装置(56)配置成通过联接的运动沿进给轴线以选择性的方式移动所述工具单元(28)，以及以选择性的方式绕所述工件主轴轴线(20)驱动所述工件主轴(16)。
9.如权利要求7或8所述的机床(10)，其中所述控制装置(56)还配置成通过联接运动以选择性的方式平行于所述工件主轴轴线(20)移动所述工具单元(28)。
10.如上述权利要求中任一项所述的机床(10)，其中所述控制装置(56)配置成通过快速进程或探查进程以选择性的方式移动具有所述测量装置(48 )的所述工具单元(28 )。
11.如上述权利要求中任一项所述的机床(10)，其中所述控制装置(56)配置成在考虑所述工件(96)的所述实际间距(100)的情况下，在后续机加工过程中选择性地驱动和转移所述工具单元(28)和所述工具(32)。
12.如上述权利要求中任一项所述的机床(10)，其中所述控制装置(56)与所述工具单元(28 )的位置传感器(92 )相联接，并通过所述位置传感器(92 )探测所述工具单元(28 )的实际位置。
13.一种用于测量机床(10)、特别是磨床中的工件、特别是工件直径的方法，所述方法包括以下步骤: -提供能够沿进给轴线(70)相对于工件(96)移动的测量装置(48)，其中所述测量装置(48 )优选安置在工具单元(28 )上，其中所述测量装置(48 )包括至少两个测量探针(66、68)， -调节所述至少两个测量探针(66、68)之间的基本间距(86)，所述基本间距(86)大于参考几何形状(82)的已知参考尺寸(84)，并且其中所述基本间距(86)限定测量区域(78)， -将所述参考几何形状(82)安置在所述机床(10)中， -将所述参考尺寸(84)载入所述测量区域(78)中， -相对于所述参考几何形状(82)移动所述测量装置(48)，并且用所述测量探针(66、68)探查所述参考尺寸(84)，由此探测所述测量装置(48)的实际位置，因而，探测所述测量装置(48)的所述位移路径(98)，以及 -在考虑探查时所述测量装置(48)的所述实际位置和所述参考尺寸(84)的情况下，确定所述基本间距(86)。
14.如权利要求13所述的方法，还包括以下步骤:` -将所述工件(96)安置在所述机床(10)中，将所述工件(96)的测量几何形状载入所述测量区域(78)， -用所述测量探针(66、68)探查所述工件(96)的所述测量几何形状，由此探测所述测量装置(48)的位移路径，以及 -在考虑探查时所述测量装置(48)的所述位移路径和所述基本间距(86)的情况下，确定所述测量几何形状的实际间距(100)。
15.一种工具控制程序，其具有程序代码，所述程序代码配置成在所述控制装置(56)上执行所述工具控制程序时使所述控制装置(56)执行如权利要求13或权利要求14所述的方法的步骤。
【文档编号】B24B5/42GK103857493SQ201280046714
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2012年9月26日 优先权日:2011年9月27日
【发明者】弗瑞德·格高夫 申请人:弗立兹·斯图特公司