用于流體幾何測量的方法和裝置的制造方法
【專利說明】用于流體幾何測量的方法和裝置
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種按權(quán)利要求1的前序部分所述的借助于流體測量系統(tǒng)無接觸地測量工件表面的幾何尺寸的方法、一種按權(quán)利要求10的前序部分所述的用于對工件的工件表面進(jìn)行材料去除的精加工的設(shè)備以及一種能夠用在該方法和設(shè)備的領(lǐng)域內(nèi)的測量系統(tǒng)。
[0003]為優(yōu)選的應(yīng)用領(lǐng)域包括:通過內(nèi)珩磨對孔的內(nèi)表面進(jìn)行測量支持的精加工以及通過帶精整(Bandfinishen)或者說超級精整(Superfinishen)或者外?行磨對工件的在很大程度上旋轉(zhuǎn)對稱地彎曲的外表面進(jìn)行測量支持的精加工，其中，與精加工相聯(lián)系地、也就是說在精加工之前、期間和/或之后實(shí)施用于確定工件表面的幾何尺寸的測量。
【背景技術(shù)】
[0004]珩磨是一種具有幾何形狀不限定的刀刃的切削方法，其中多刀刃(vielschneidige)的?行磨工具實(shí)施由兩個(gè)分量組成的切割運(yùn)動，該切割運(yùn)動導(dǎo)致帶有交叉的加工軌跡的加工的內(nèi)表面的獨(dú)特的表面結(jié)構(gòu)。通過珩磨能夠形成最終加工的表面，該表面滿足關(guān)于尺寸以及形狀公差的以及關(guān)于表面結(jié)構(gòu)的極高的要求。相應(yīng)地，例如在發(fā)動機(jī)制造時(shí)，托住缸工作面，也就是在發(fā)動機(jī)缸體(Motorblock)中的或者在待裝入發(fā)動機(jī)缸體中的缸套中的缸孔的內(nèi)表面以及用于珩磨加工的軸的支承面。在加工缸工作面時(shí)，典型地實(shí)施多個(gè)不同的相繼的珩磨操作，例如用于產(chǎn)生孔的所希望的宏觀形狀的預(yù)珩磨以及最終珩磨，利用其產(chǎn)生在完成的工件處的所需的表面結(jié)構(gòu)。通過測量步驟能夠檢驗(yàn)加工結(jié)果。
[0005]經(jīng)常使用所謂的超級精整或者帶精整用于旋轉(zhuǎn)對稱地彎曲的工件外表面的精加工，其中帶狀的磨料借助于合適成形的壓緊裝置壓到待加工的外輪廓上。通過磨料沿軸向的短行程振蕩的軸向運(yùn)動結(jié)合加工的工件段圍繞其軸線的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生了對于材料去除來說所需的加工運(yùn)動。例如活塞桿或者類似部件處的彎曲的工件外表面也能夠通過外珩磨進(jìn)行加工。即使在彎曲的工件外表面中也經(jīng)常希望在測量技術(shù)上獲得加工結(jié)果。
[0006]在珩磨中通常要維持宏觀形狀以及孔的例如通過孔直徑確定的尺寸方面很狹窄的公差規(guī)定。在有些情況下使用集成的過程中測量系統(tǒng)，其能夠在珩磨處理期間以及在各個(gè)珩磨階段之后求得孔的當(dāng)前直徑(實(shí)際直徑)。該值就能夠用于調(diào)節(jié)珩磨過程，例如在斷開調(diào)節(jié)的范圍內(nèi)。
[0007]同樣公開了具有連接在加工工位后面的后處理測量工位的珩磨設(shè)備。在后處理測量工位(Postprozess-Messstat1n)中能夠在孔中的多個(gè)位置處求得孔直徑并且能夠?qū)⑷绱双@得的信息相互聯(lián)結(jié)。如此，除了直徑信息之外也能夠獲得關(guān)于產(chǎn)生的孔的宏觀形狀的信息。后處理測量工位經(jīng)常首先用于質(zhì)量控制，也就是用于區(qū)分優(yōu)質(zhì)品和劣質(zhì)品。
[0008]也能夠?qū)⒑筇幚頊y量工位接入珩磨機(jī)組的調(diào)節(jié)回路中并且將測量結(jié)果用于調(diào)節(jié)連接在前面的珩磨階段。DE 38 27 892 C2示出了一種具有后測量工位的珩磨裝置，其中在具有徑向較大的調(diào)節(jié)間距的珩磨工具中將測量結(jié)果用于調(diào)節(jié)珩磨石的徑向進(jìn)給。
[0009]所描述的測量至今為止通常用氣動的測量系統(tǒng)實(shí)施，所述測量系統(tǒng)有時(shí)也稱作“空氣測量系統(tǒng)”。氣動的測量系統(tǒng)具有至少一個(gè)測量噴嘴，該測量噴嘴安置在工具處并且通過壓縮氣體管道與遠(yuǎn)離測量噴嘴布置的壓縮氣體源進(jìn)行連接。這種氣動的測量系統(tǒng)根據(jù)噴嘴-擋板-原理進(jìn)行工作。在測量時(shí)，壓縮空氣從測量噴嘴沿著孔壁的方向流動。在測量噴嘴范圍內(nèi)獲得的阻塞壓力(Staudruck)用作測量噴嘴到孔壁的間距的尺度。通過壓縮氣體管道與測量噴嘴連接的測量轉(zhuǎn)換器測量壓縮氣體管道中的壓力并且負(fù)責(zé)將(氣動的)壓力信號轉(zhuǎn)換成可進(jìn)一步處理的電壓信號，該電壓信號輸入分析裝置并且在那里進(jìn)行分析。
[0010]因此，將所述測量噴嘴引入到工件表面附近用于實(shí)施測量并且對壓縮氣體的取決于測量噴嘴與工件表面之間的間距的特征、也就是在測量位置處的壓力進(jìn)行測量，并且為了確定所述間距而進(jìn)行分析。
[0011]借助于兩個(gè)在工具處正好相反對置的測量噴嘴能夠求得孔直徑。在不同的軸向位置處的測量和/或在工具的不同的旋轉(zhuǎn)位置中的測量能夠用于形狀測量，也就是對孔的宏觀形狀的測量。
[0012]所述測量噴嘴在進(jìn)行測量的情況下集成到珩磨工具中。在后處理測量的情況下，其安置在專門的測量工具(塞規(guī))處。
[0013]氣動的測量裝置是魯棒的(robust)并且實(shí)現(xiàn)了無接觸的不取決于測量物體的材料的測量并且在其測量范圍的框架內(nèi)實(shí)現(xiàn)了幾微米數(shù)量級上的較高的測量精度。所獲取的測量值的重復(fù)精度(根據(jù)表面粗糙度并且在靜態(tài)測量中)能夠在0.5 μπι以下。在動態(tài)測量中例如在旋轉(zhuǎn)的工具中，所獲取的測量值是測量噴嘴與工件表面的搭接的點(diǎn)之間距離的平均值。
[0014]然而測量范圍相對受到限制。
[0015]為了能夠獲取有說服力的測量值，所述測量噴嘴必須布置在工件表面的例如孔壁的特定的相對狹窄地受到限制的間距范圍(典型地幾百μm，例如大約200 μπι)內(nèi)?？衫玫木€性的測量區(qū)域的寬度典型地在100 μπι和200 μπι之間。
[0016]在測量噴嘴和將壓力信號轉(zhuǎn)換成機(jī)器可處理的電信號的測量轉(zhuǎn)換器之間可以存在一系列潛在的干擾影響，這些干擾影響能夠負(fù)面地影響測量的精度?？諝廛浌?、空氣分配器環(huán)以及接口例如空氣軟管的接頭套管處的不密封性例如能夠引起測量誤差。因?yàn)檐浌苌峡赡艿亩嗫椎湫偷刂挥性谝欢ǖ臅r(shí)間之后才出現(xiàn)，所以引起了穩(wěn)定的過程質(zhì)量方面的一定的風(fēng)險(xiǎn)。此外，軟管的延展性必要時(shí)能夠引起略微變化的整個(gè)空氣體積并且由此引起壓力變化，該壓力變化能夠歪曲測量。所述整個(gè)空氣體積越大，其持續(xù)的時(shí)間就越長，直到壓力波動通過系統(tǒng)的慣性傳遞到測量轉(zhuǎn)換器上。
[0017]在來自卡爾斯魯厄大學(xué)的機(jī)床以及操作技術(shù)學(xué)院的研究報(bào)告(Hrsg.Prof.Dr.-1ng.H.Weule)，卷56 (1994)中P.Uebelhoer的博士論文“?行磨中的過程中幾何測量”中，在珩磨中對其它無接觸工作的間距測量系統(tǒng)在其用于過程中幾何測量的可使用性方面進(jìn)行了研究。對此，用渦流測量系統(tǒng)以及電容測量系統(tǒng)進(jìn)行研究。
[0018]專利文件DE 10 2012 011 470 Al描述了在測量精加工的工件表面時(shí)雷達(dá)傳感器的使用。具有雷達(dá)傳感器的測量系統(tǒng)是高動態(tài)的并且例如能夠用于直徑測量，用于宏觀形狀的測量以及用于粗糙度測量。同樣描述了在精整中使用雷達(dá)傳感器用于測量工件外表面。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]本發(fā)明的任務(wù)是提供用于測量支持地精加工工件表面的方法和裝置以及能夠用在該方法和裝置的領(lǐng)域內(nèi)的測量系統(tǒng)，其具有較大的測量范圍并且其突出之處在于整個(gè)測量范圍內(nèi)較高的測量精度。在需要時(shí)應(yīng)該能夠以較低的結(jié)構(gòu)成本將測量系統(tǒng)集成到精加工設(shè)備中從而實(shí)施過程中測量。
[0020]為了解決所述任務(wù)，本發(fā)明提供了一種具有權(quán)利要求1所述特征的方法、一種具有權(quán)利要求5所述特征的測量系統(tǒng)以及一種具有權(quán)利要求10所述特征的設(shè)備。有利的改進(jìn)方案在從屬權(quán)利要求中得到說明。所有權(quán)利要求的原文通過引用成為說明書的內(nèi)容。
[0021]根據(jù)要求保護(hù)的發(fā)明，用于借助于流體測量系統(tǒng)無接觸地測量工件表面幾何形狀的方法的突出之處在于，借助于流量傳感器測量通過壓縮流體管道流向測量噴嘴的壓縮流體的流體流(體積流和/或質(zhì)量流)并且分析流量傳感器的傳感器信號從而求得間距。
[0022]本發(fā)明基于以下認(rèn)識，即通過特定的測量噴嘴每時(shí)間單位流出的壓縮流體的量與測量噴嘴和工件表面之間的間距有著明確的關(guān)系。這種關(guān)系不必一定是線性的?？墒?，因?yàn)樵谠撻g距和流過壓縮流體管道的壓縮流體的流體流(體積流和/或質(zhì)量流)之間存在明確的關(guān)系，流體流必要時(shí)能夠通過校正在數(shù)量上進(jìn)行確定，所以能夠使用流量傳