带光学传感器的坐标测量装置以及对应的方法制造方法及图纸

本公开涉及带光学传感器的坐标测量装置以及对应的方法。坐标测量装置(10)包括用于待测量的齿轮工件(11)的可旋转驱动的容器(13、14)、测量组件(17)和多个轴(X1、Y1、Z1、A1)，其被设计为执行测量组件(17)相对于齿轮工件(11)的进给运动和测量运动，测量组件包括：光学开关传感器(20)，其以非接触方式操作，其被设计为聚焦触发传感器，以一种方式布置在测量组件上使得它能沿在齿轮工件(11)的方向的光轴发射光束(LS)，相对于齿轮工件(11)的扫描运动能通过使用轴(X1、Y1、Z1、A1)的一个或多个轴用聚焦触发传感器执行，和当齿轮工件(11)到达相对于聚焦触发传感器的标称距离(NA)时总能由聚焦触发传感器提供开关信号(s2)。

【技术实现步骤摘要】
带光学传感器的坐标测量装置以及对应的方法
本专利技术涉及带光学传感器的坐标测量装置以及用于光学测量齿轮工件(gearworkpiece)的对应方法。
技术介绍
在许多
中，部件的准确测量是非常重要的。例如，存在用于触觉检测表面的质量和轮廓的各种测量设备。通常，在机械扫描期间将探针尖端引导到要被测量的表面上。结果是在扫描路径上被记录的信号，其允许关于表面轮廓的陈述。在生产过程期间，需要尽可能一致地执行这种测量，其中所提到的机械扫描是非常精确的，但不幸的是也相当慢。对于集成到生产过程中，机械测量因此在大多数情况下不适用。如今，机械扫描方法因此被用来例如测试来自作为示例的批量生产的各个部件，以便在出现偏差的情况下能够干预正在进行的生产过程。乍看之下，光学测量可以是机械测量的替代方案。光学测量传感器的使用将是理想的。但是，已经认识到的是，由于各种原因，光学测量传感器不适于齿轮测量的要求。适用于齿轮测量的特殊要求或标准是：·不利的扫描角度，·例如，齿面的光滑表面，·通过相邻的齿的遮蔽，以及·对测量准确度的高要求(在0.1-0.3微米的范围内)。虽然众所周知的干涉传感器非常精确并且具有非常高的分辨率，但是它们的测量范围小。这种传感器类型到表面的距离必须非常小，并且接受角度非常窄。此外，这种干涉传感器非常昂贵。根据激光三角测量传感器的原理操作的传感器快并且具有宽的接受角度。但不幸的是，激光三角测量传感器对于齿轮测量来说不够准确，即，这种传感器只在有很大限制的情况下有用。彩色传感器具有高分辨率，但如果希望满足上述条件，那么需要大的数值孔径。此外，原则上可以适用的彩色传感器具有宽的光锥。遮蔽(shading)可以导致接受角度的显著减小。如果彩色传感器的位置更陡峭(即，如果指定了更陡的扫描角度)，那么可以部分避免关于遮蔽的问题。但是，在陡峭的扫描角度下，传感器不会接收到有用的信号。需要能够在齿轮工件的生产中执行快速测量，以便能够在生产期间或之后立即对每个单个齿轮工件进行理想的测试。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供使得有可能对齿轮工件执行快速和精确测量的设备和对应方法。该目的由如权利要求1所述的坐标测量装置和如权利要求12所述的方法实现。根据本专利技术的坐标测量装置包括多个轴、用于待测量的齿轮工件的可旋转驱动的容器(receptacle)以及测量组件，其中坐标测量装置被设计为执行相对进给运动(feedmovement)并测量测量组件相对于齿轮工件的运动。根据本专利技术的坐标测量装置的特征在于测量组件包括以非接触方式操作的光学开关传感器，o其被设计为聚焦触发传感器，其中聚焦触发传感器以这样一种方式布置在测量组件上，使得其能够沿着在齿轮工件的物体平面的方向上的光轴发射光束，o其中相对于齿轮工件的物体平面的进给运动可以使用轴中的一个或多个轴用聚焦触发传感器来执行，以及o其中，一旦聚焦触发传感器已经达到相对于物体平面的标称距离，就可以由聚焦触发传感器提供开关信号。优选地，轴中的至少一个轴被设计为NC控制的轴。本专利技术基于使用至少一个光学开关传感器，其允许高度精确且快速的间隔确定，因为当达到标称距离时，开关传感器输出开关信号。如果光学开关传感器如本专利技术的情况一样用于具有(可以部分或完全NC控制的)各个轴的高度精确机械定位的坐标测量装置，那么光学开关传感器可以确切地朝着线或点移动离要测量的表面的标称距离。在光学开关传感器输出开关信号的时刻，例如读出和/或(中间)存储坐标测量装置的瞬时坐标信息(实际数据)。根据瞬间坐标信息，可以考虑标称距离来精确地确定表面上焦点的位置。优选的是本专利技术的实施例，其测量方法优选地仅包括少量的线性相对进给和/或测量运动，连同齿轮工件的一个或多个完整旋转。这种实施例使用光学开关测量的高速度。特别优选的是本专利技术的实施例，其测量方法基于这样的事实：齿轮工件被旋转驱动，同时光学开关传感器执行测量。在这种情况下，需要特别注意的是以下事实：传感器不必在每种用于测量点的测量点情况下通过相对进给运动使其进入标称距离。改变传感器离要测量的表面的相对距离是由于这个表面的相对距离由于齿轮工件的旋转运动而改变而引起的。迄今为止，每个齿面一个齿轮工件上的触觉节距测量(pitchmeasurement)已持续几秒钟，这会导致对于整个齿轮工件的测量时间高达几分钟。利用本专利技术的坐标测量装置(该坐标测量装置配备有光学开关传感器和硬件和/或软件形式的控制系统)，可以在几秒至远低于一分钟之内对同一个齿轮工件的所有齿面执行节距测量。本专利技术依赖于使用聚焦触发传感器作为光学开关传感器。这些聚焦触发传感器具有高光强度并且由于其物理功能原理而使用非常小的光点。因此，这个光点非常明亮。即使在陡峭的扫描角度下，光的可用部分也被反射回传感器的(接收)光学器件中。这些是关于使用这种聚焦触发传感器进行齿轮测量的重要特征。聚焦触发传感器的另一个优点在于，当使用激光器作为发射器时，“光锥”是特别纤细的。特别细长的光锥相当于遮蔽的减少。因此，基于激光的聚焦触发传感器特别适于测量齿面。聚焦触发传感器仅具有一个特征距离(标称距离)，其中它高度准确地进行测量。可能导致测量信号出现故障的传感器系统的线性度误差或透镜的光学误差被这个原理排除在外。但是，这个原理的缺点是聚焦触发传感器只适于通过改变传感器离表面的距离的间接测量，以便寻找用于测量点的标称距离测量点。这需要高度精确的测量线性轴。与直接测量光学传感器相比，这种间接测量在许多应用中都不具吸引力。但是，根据本专利技术的用于齿轮测量的方法不使用通过传感器的移动来改变传感器离表面的距离，而是通过齿轮的连续旋转和传感器相对齿轮表面的巧妙布置。因此，根据本专利技术，使用齿轮的特定特点，即，在持续旋转期间使用齿面相对于传感器的光束的周期性重复接近。只要表面距离传感器达到标称距离，传感器就会被触发。为了测量，因此本专利技术不使用平行于光学传感器轴的(线性)重新调整以达到焦点(标称距离)。因此，本专利技术利用合适的整体一系列构思，其中齿轮的表面与传感器之间的相对距离周期性地改变。在到达标称距离并且记录瞬时位置值以用于进一步处理的每种情况下生成触发信号，以便确定在坐标系中的瞬时相对位置。在本专利技术的测量方法的实际实现中，该系统不是基于传感器的线性位移，而是基于齿轮工件的持续旋转运动。本专利技术的方法特别适于节距测量，其中，当传感器相对于齿轮工件的旋转轴(至少有时)静止(rest)时执行齿轮工件的快速、持续的旋转运动。这允许测得的值的快速记录。本专利技术的方法还适于例如测量齿面的侧面线(flankline)，其中，当传感器线性平行于齿轮工件的旋转轴移动时执行齿轮工件的快速、持续的旋转运动。这允许在短时间内确定所有齿的侧面线。根据本专利技术的设备和本专利技术的方法使得能够进行快速的齿轮测量，因为不需要重新调整，并且使用持续、快速的旋转。而且，本专利技术非常精确和成本有效。在从属权利要求中公开了根据本专利技术的坐标测量装置和方法的有利实施例。本专利技术可以与齿轮上的1D、2D和3D表面测量结合使用。附图说明下面参考附图更详细地描述本专利技术的实施例。图1示出了根据本专利技术的、提供有光学开关传感器的坐标测量装置的透视图；图2示出了包括光学开关传感器的、根据本专利技术的坐标测量装置的一部分的放大透视图；图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种坐标测量装置(10)，具有多个轴(X1、Y1、Z1、A1)、用于待测量的齿轮工件(11)的可旋转驱动的容器(13、14)以及测量组件(17)，其中坐标测量装置(10)被设计为执行测量组件(17)相对于齿轮工件(11)的进给运动和测量运动，其特征在于测量组件(17)包括：‑光学非接触式操作的开关传感器(20)，о该开关传感器(20)被设计为聚焦触发传感器，其中所述聚焦触发传感器以如下方式布置在测量组件(17)上：该方式使得聚焦触发传感器能够沿着在齿轮工件(11)的物体平面(OE)的方向上的光轴发射光束(LS)о其中相对于齿轮工件(11)的物体平面(OE)的扫描运动能够通过使用轴(X1、Y1、Z1、A1)中的一个或多个轴用聚焦触发传感器来执行，以及о其中当物体平面(OE)已经到达相对于聚焦触发传感器的标称距离(NA)时，总是能够由聚焦触发传感器提供开关信号(s2)。

【技术特征摘要】
2016.11.10 EP 16198080.01.一种坐标测量装置(10)，具有多个轴(X1、Y1、Z1、A1)、用于待测量的齿轮工件(11)的可旋转驱动的容器(13、14)以及测量组件(17)，其中坐标测量装置(10)被设计为执行测量组件(17)相对于齿轮工件(11)的进给运动和测量运动，其特征在于测量组件(17)包括：-光学非接触式操作的开关传感器(20)，о该开关传感器(20)被设计为聚焦触发传感器，其中所述聚焦触发传感器以如下方式布置在测量组件(17)上：该方式使得聚焦触发传感器能够沿着在齿轮工件(11)的物体平面(OE)的方向上的光轴发射光束(LS)о其中相对于齿轮工件(11)的物体平面(OE)的扫描运动能够通过使用轴(X1、Y1、Z1、A1)中的一个或多个轴用聚焦触发传感器来执行，以及о其中当物体平面(OE)已经到达相对于聚焦触发传感器的标称距离(NA)时，总是能够由聚焦触发传感器提供开关信号(s2)。2.如权利要求1所述的坐标测量装置(10)，其特征在于，聚焦触发传感器相对于齿轮工件(11)的物体平面(OE)倾斜地定位，其中光束(LS)到物体平面(OE)的角度优选地在±5至±70度的角度范围内。3.如权利要求1或2所述的坐标测量装置(10)，其特征在于，聚焦触发传感器涉及其功能基于2段或4象限测量方法的传感器。4.如权利要求3所述的坐标测量装置(10)，其特征在于，聚焦触发传感器基于象限测量方法并且在接收侧包括光敏部件，所述光敏部件优选地是光电二极管(32)，所述聚焦触发传感器具有四个传感器区域(a、b、c、d)，这些区域如四个象限一样布置在公共平面中，其中四个传感器区域(a、b、c、d)中的每一个连接到评估设备(40)的相应测量输入端，以便一旦所有四个传感器区域(a、b、c、d)都接收到光束(LS)的相同反射光强度就提供开关信号(s2)。5.如权利要求1、2、3或4所述的坐标测量装置(10)，其特征在于，聚焦触发传感器涉及其功能基于Foucault原理的传感器，并且所述传感器在发射侧具有用于发射光束(LS)的成像光学系统(21)，并且在接收侧具有用于接收在物体平面处反射的光束(LS)的多个差分二极管(31、32)。6.如权利要求1或2所述的坐标测量装置(10)，其特征在于，聚焦触发传感器涉及激光点传感器，所述激光点传感器包括用于发射光束(LS)的激光器，所述激光器优选地是激光二极管。7.如权利要求1至6中任一项所述的坐标测量装置(10)，其特征在于，所述坐标测量装置(10)另外包括：-至少一个被指派给多个轴(X1、Y1、Z1、A1)之一的位移传感器(19、19.X1、19.Y1、19.Z1)，-至少一个与可旋转驱动的容器(13、14)相关联的角度传感器(16)。8.如权利要求7所述的坐标测量装置(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·米斯，
申请(专利权)人：克林格伦贝格股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH