專利名稱：用于測量回轉(zhuǎn)對稱精密零件的設(shè)備、cnc測量設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測量回轉(zhuǎn)對稱精密零件的設(shè)備、計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)測量設(shè)備和方法，尤其涉及CNC控制的用于檢驗(yàn)直齒齒輪輪齒、以及小齒輪和剃齒刀、蝸桿和蝸輪、滾齒刀、以及錐齒輪的輪齒測量中心。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在有各種用于制造諸如齒輪之類的回轉(zhuǎn)對稱精密零件的加工方法。典型地，對精密零件是在其加工過程中或之后進(jìn)行測量。
為了檢驗(yàn)一個精密零件在加工后的加工精度，可把這個精密零件從加工機(jī)床上拿下來并裝夾在一個專用的測量系統(tǒng)中，例如，在這個系統(tǒng)中用各種傳感器對這個零件進(jìn)行掃描和測量。為此目的，最好是采用數(shù)控測量設(shè)備。典型地，是把一個回轉(zhuǎn)對稱精密零件裝夾在用于測量的一個下中心點(diǎn)和一個上中心點(diǎn)之間。下中心點(diǎn)是安裝在一個轉(zhuǎn)臺上，轉(zhuǎn)臺可由一個驅(qū)動裝置精密地轉(zhuǎn)動到各個不同的角度位置。由于自身的重量和來自上中心點(diǎn)的接觸壓力，這個精密零件被壓靠在下中心點(diǎn)上。可把下中心點(diǎn)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動這樣一對一地傳遞給精密零件。上中心點(diǎn)只是跟著旋轉(zhuǎn)，而不是也被驅(qū)動。
本專利申請?zhí)貏e是關(guān)于CNC控制的輪齒測量中心，其適用于檢驗(yàn)直齒輪的輪齒、以及小齒輪和剃齒刀、蝸桿和蝸輪、滾齒刀、錐齒輪、以及回轉(zhuǎn)對稱工件的概要尺寸、形狀和位置偏差，還可用于曲線和凸輪軸的測量，甚至用于轉(zhuǎn)子的測量。
研究表明，對于重量輕、直徑小的精密零件，為了使精密零件完全一致地跟隨下中心點(diǎn)一起轉(zhuǎn)動，這樣的有一個下中心點(diǎn)和一個上中心點(diǎn)的結(jié)構(gòu)是足夠的。如果用小的角加速度進(jìn)行操作，這樣一個結(jié)構(gòu)尤其是足夠的。
各種專用的測量系統(tǒng)正在日益增加地應(yīng)用于直徑和重量都較大的精密零件的測量。此外，這種形式的測量中的一個非常重要的要求是，測量應(yīng)該非常精密地進(jìn)行，而且還要盡可能迅速地進(jìn)行。
通常的測量系統(tǒng)不能滿足這樣的要求。一個精加工完成的精密零件的快速測量需要在一個非常短的時(shí)間內(nèi)接近多個角度位置以及需要一個測量傳感器在每一角度位置掃描精密零件。測量系統(tǒng)應(yīng)該設(shè)計(jì)成即使在回轉(zhuǎn)運(yùn)動過程中也能進(jìn)行測量。在精密零件的回轉(zhuǎn)過程中，事實(shí)表明，如果角加速度太大，可能引起下中心點(diǎn)和精密零件之間的滑移。而如果產(chǎn)生了滑移，下中心點(diǎn)分別與驅(qū)動裝置和精密零件的角度位置就不再互相對應(yīng)了。
為了能解決滑移問題，可以用一個能較佳地形成一種“模殼配合”的夾緊環(huán)來裝夾較大較重的精密零件?！澳づ浜稀笔侵福瑠A緊環(huán)和精密零件之間通過它們的形狀進(jìn)行力的傳遞，借以能夠盡可能地消除它們之間的滑移。但是，這種實(shí)現(xiàn)目的的作法有一個缺點(diǎn)，即安裝復(fù)雜，耗費(fèi)工時(shí)，而且這種形式的模殼配合夾緊環(huán)很昂貴，往往又很笨重。此外，模殼配合夾緊環(huán)的裝上拆下很煩瑣，并且有些精密零件可能用不上這樣的夾緊環(huán)，例如，如果它們的軸上沒有適當(dāng)?shù)妮S頸就用不上。還有一個缺點(diǎn)是，盡管采用模殼配合夾緊環(huán)，還有可能出現(xiàn)產(chǎn)生滑移的情況。例如，如果夾緊環(huán)安裝不當(dāng)或者太松，就會出現(xiàn)這種情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種設(shè)備和對應(yīng)的方法，用這種設(shè)備和方法，即使是較大或較重的精密零件，也能迅速而可靠地進(jìn)行測量。
本發(fā)明是用改進(jìn)的CNC測量設(shè)備來達(dá)到這一目的，這種測量設(shè)備適用于一個諸如齒輪之類的精密零件的迅速的全面測量，并且這種測量設(shè)備的結(jié)構(gòu)簡單可靠。
本發(fā)明的目的分別用權(quán)利要求1表述的設(shè)備、權(quán)利要求10表述的CNC測量設(shè)備以及權(quán)利要求15表述的方法來達(dá)到。
權(quán)利要求2到9的目的是形成根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的各較佳實(shí)施例。權(quán)利要求10到14的目的是形成根據(jù)本發(fā)明的CNC測量設(shè)備的各較佳實(shí)施例，以及權(quán)利要求16到18的目的是形成根據(jù)本發(fā)明的方法的各較佳實(shí)施例。


下面，參照各附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明的示例性實(shí)施例，各附圖中圖1是本發(fā)明的一個第一測量系統(tǒng)；圖2是本發(fā)明的一個第二測量系統(tǒng)的立體詳圖；圖3A是本發(fā)明的與一個對中裝置同步旋轉(zhuǎn)的角度測量系統(tǒng)的一細(xì)部的示意圖，圖3B是與圖3A所示的對中裝置同步旋轉(zhuǎn)的角度測量系統(tǒng)的立體詳圖；圖4是本發(fā)明的又一個角度測量系統(tǒng)的立體圖；圖5是本發(fā)明的再一個實(shí)施例的示意性框圖；圖6A是用以說明本發(fā)明的相對角度測量的一個示意圖；圖6B是用以說明本發(fā)明的相對角度測量的再一個示意圖。
具體實(shí)施例方式
本專利說明書中用的術(shù)語也是有關(guān)出版物和專利中用的術(shù)語。但是應(yīng)該注意到，這些術(shù)語的應(yīng)用僅僅是為了讀者更好地理解本發(fā)明。本發(fā)明的創(chuàng)意和本專利的權(quán)利要求的保護(hù)范圍不應(yīng)被限制于這些術(shù)語的特定應(yīng)用。不費(fèi)任何麻煩，就可將本發(fā)明轉(zhuǎn)為用其它術(shù)語體系和/或?qū)ｉT學(xué)科來表述。其它專門學(xué)科中也相應(yīng)地應(yīng)用這些術(shù)語。
圖1表示出本發(fā)明的一個較佳實(shí)施例，它是一個完全自動化的CNC控制的輪齒測量中心10。測量中心10適用于檢驗(yàn)直齒輪的輪齒、以及小齒輪和剃齒刀、蝸桿和蝸輪、滾齒刀、錐齒輪、以及回轉(zhuǎn)對稱工件的概要尺寸、形狀和位置偏差，還可用于曲線和凸輪軸的測量，甚至用于轉(zhuǎn)子的測量，所羅列的這些也僅僅是許多可能的應(yīng)用中的幾種。
測量系統(tǒng)10包括一個可由驅(qū)動裝置12驅(qū)動的夾緊環(huán)13和一個旋轉(zhuǎn)對中裝置14，夾緊環(huán)13和旋轉(zhuǎn)對中裝置14安裝成可把一個被測量的回轉(zhuǎn)對稱精密零件11同軸地裝夾在它們之間，如圖1所示，其中的被測量零件是直齒輪11。直齒輪11有一個向兩端伸出的軸11.1，在所示的例子中，這個軸是上下方向放置著。驅(qū)動裝置12包括一個驅(qū)動系統(tǒng)和這個驅(qū)動系統(tǒng)的控制器，不過圖1中看不見它們，因?yàn)樗鼈兲幵跍y量系統(tǒng)10的罩殼的后面。
夾緊環(huán)13最好是以模殼配合方式緊固于一個轉(zhuǎn)臺13.1，該轉(zhuǎn)臺可由驅(qū)動裝置12驅(qū)動而繞第一轉(zhuǎn)動軸線A1轉(zhuǎn)動。在這一情況中，夾緊環(huán)13的轉(zhuǎn)動軸線與第一轉(zhuǎn)動軸線A1同軸。較佳的是，設(shè)置有一個臂14.1，其設(shè)置高度可以如雙向箭頭14.2所示那樣上下調(diào)整。旋轉(zhuǎn)對中裝置14安裝在臂14.1上，而且安裝成它很容易繞與第一轉(zhuǎn)動軸線A1一致的垂向軸線轉(zhuǎn)動，并且在裝夾精密零件11時(shí)可以克服一個恢復(fù)力而把它向上移。特別重要的是，在旋轉(zhuǎn)對中裝置14的安裝中和夾緊環(huán)13的安裝中，要使它們的轉(zhuǎn)動軸線精確地一致。
與常規(guī)的測量系統(tǒng)一樣，本發(fā)明的測量系統(tǒng)10也給夾緊環(huán)13設(shè)置了一個角度測量系統(tǒng)(角度檢測器)，其給出的信號可表明夾緊環(huán)13的驅(qū)動側(cè)的角度位置。這一角度測量系統(tǒng)是設(shè)置在轉(zhuǎn)臺13.1的下面，所以其在圖1中看不見。按照本發(fā)明，還為旋轉(zhuǎn)對中裝置14設(shè)置了一個獨(dú)立的角度測量系統(tǒng)，其給出的信號可表明旋轉(zhuǎn)對中裝置14的輸出側(cè)的角度位置。還有，按照本發(fā)明，設(shè)置有軟件裝置，其能夠根據(jù)驅(qū)動側(cè)的角度位置和輸出側(cè)的角度位置通過比較計(jì)算確定夾緊環(huán)13和回轉(zhuǎn)對稱精密零件11之間是否有滑移。
如圖1所示，測量系統(tǒng)10包括至少一個用于對裝夾在測量系統(tǒng)10上的精密零件11進(jìn)行三維測量的傳感器15(三維探頭系統(tǒng))。較佳的是，設(shè)置有一個臂15.1，其高度可以如雙向箭頭15.2所示那樣上下調(diào)整。此外，可對傳感器15進(jìn)行位置調(diào)整，如互相垂直的兩個雙向箭頭15.3所示的那樣。傳感器15特別靈敏，并且在迅速測量中非常重要的一點(diǎn)是，在進(jìn)行平行于雙向箭頭15.3的調(diào)整和/或測量的過程中、或在繞著軸線A1轉(zhuǎn)動精密零件11的過程中，傳感器15不與精密零件11相碰。
對不同測量結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的研究已經(jīng)表明，只有采用很復(fù)雜的方法才能對有已知和已經(jīng)證明為有效的精密零件裝夾裝置的常規(guī)測量系統(tǒng)中的滑移進(jìn)行定量的描述。即使為本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)對中裝置14設(shè)置的角度測量系統(tǒng)的精度(亦即角度分辨率)與驅(qū)動側(cè)的角度測量系統(tǒng)的精度精確地一樣高，測量者還是不可能精確地確定正在發(fā)生的滑移，也不可能一邊考慮滑移一邊繼續(xù)進(jìn)行測量。主要由傳感器15的精度決定的測量系統(tǒng)的測量精度、驅(qū)動側(cè)角度檢測器的精度、以及三個直線軸線的精度在一個用計(jì)算機(jī)測定滑移并且一邊考慮滑移一邊繼續(xù)進(jìn)行測量的系統(tǒng)中都將被強(qiáng)烈地削弱。而且，最重要的是，在某些情況中，不能給出測量值的再現(xiàn)性。
另一個問題是附加的角度測量系統(tǒng)在旋轉(zhuǎn)對中裝置14區(qū)域的固定。由于需要調(diào)整旋轉(zhuǎn)對中裝置14的高度，角度測量系統(tǒng)很難安裝。這樣的角度測量系統(tǒng)必須能以秒的速度檢測每一個角度位置，但是，在裝夾精密零件11時(shí)，它必須允許旋轉(zhuǎn)對中裝置14進(jìn)行平行于第一轉(zhuǎn)動軸線A1的位移。
按照本發(fā)明，提出了另一個途徑，它既能進(jìn)行迅速的測量又能給出精確的測量值，下面詳細(xì)說明之。
在本發(fā)明的第一較佳實(shí)施例中，角度測量系統(tǒng)是設(shè)置在旋轉(zhuǎn)對中裝置14上并設(shè)計(jì)了軟件裝置，并且將它們設(shè)置成能夠在測量過程中迅速地判別是否產(chǎn)生了滑移。一判別出有滑移，就發(fā)出一個信息給測量程序的控制器。這個信息允許停止測量程序，以防止錯誤的測量，或者甚至可避免在接著的測量步驟中損傷傳感器15，如果在調(diào)整過程中傳感器由于滑移被移動而以調(diào)整速度碰上了一個在本應(yīng)是一個齒隙的角度位置上的齒頂，傳感器15就會被碰傷。
在測量程序停止之后，-精密零件11的測量可以重新開始；和/或-操作者可以干預(yù)，以消除引起滑移的原因；和/或-可以用專用的例程測定精密零件11的實(shí)際角度位置，以便隨后能夠繼續(xù)執(zhí)行測量程序；和/或-可以用較低的角加速度自動地重復(fù)進(jìn)行測量。
本發(fā)明的用于測量回轉(zhuǎn)對稱精密零件11的第一種方法如下地進(jìn)行操作。參照圖2。被測量的精密零件11被裝夾在夾緊環(huán)13.1、13.2和旋轉(zhuǎn)對中裝置14之間，使夾緊環(huán)13.1、13.2的轉(zhuǎn)動能夠以模殼配合的方式傳遞給精密零件11。為此目的，精密零件11同軸地安裝在夾緊環(huán)13.1、13.2和旋轉(zhuǎn)對中裝置14之間。重要的是，要把旋轉(zhuǎn)對中裝置14安裝成轉(zhuǎn)動時(shí)非常平穩(wěn)，而且其轉(zhuǎn)動慣性矩要可以忽略，以確保旋轉(zhuǎn)對中裝置14可被這一點(diǎn)處的摩擦力帶動。在所示的例子中，被測量的是一個有外齒的直齒輪11，它有上下延伸的軸11.1。用驅(qū)動裝置12通過驅(qū)動夾緊環(huán)13.1、13.2使精密零件11轉(zhuǎn)動一個角度。在這方面，使用一個驅(qū)動側(cè)、非常精密的角度測量系統(tǒng)(本文中也稱為第一角度測量系統(tǒng))。這一角度測量系統(tǒng)可給出表明驅(qū)動側(cè)的角度位置的信號。可以開動驅(qū)動裝置而使它達(dá)到需要的角度位置。旋轉(zhuǎn)對中裝置14的輸出側(cè)角度位置現(xiàn)用一個第二角度測量系統(tǒng)來確定，這個第二角度測量系統(tǒng)給出的信號可表明輸出側(cè)的角度位置和/或相對于由第一角度檢測器測量的角度位置的相對角度位置。然后把驅(qū)動側(cè)的角度位置和輸出側(cè)的角度位置進(jìn)行比較或建立它們之間的互相關(guān)系，以便確定夾緊環(huán)13.1、13.2和精密零件11之間是否有滑移。
為使本發(fā)明的方法能可靠地發(fā)揮其功能，在初始化步驟中較佳地是要進(jìn)行對準(zhǔn)，以確保把第一角度測量系統(tǒng)和第二角度測量系統(tǒng)都設(shè)定到零，或者以校準(zhǔn)瞬時(shí)的角度測量系統(tǒng)位置。為在角度位置比較的過程中得到相對偏差，也可以使兩個角度測量系統(tǒng)同步。
另一個有利的方法的特點(diǎn)是，在執(zhí)行各測量步驟過程中進(jìn)行上面羅列的步驟，僅在沒有判別出滑移時(shí)使用在執(zhí)行各測量步驟過程中采用的測量頭15。只有在角度位置的比較結(jié)果顯示出盡可能的一致時(shí)，或者如果相對的角度位置互相沒有偏差，才可平行于雙向箭頭15.2和/或平行于雙向箭頭15.3移動測量頭15。
另一個有利的方法的特點(diǎn)是，在執(zhí)行各測量步驟之前的試驗(yàn)運(yùn)行過程中進(jìn)行所述羅列的方法，用驅(qū)動裝置12以不同的角加速度驅(qū)動精密零件11，以確定不會引起滑移的最大允許角加速度。較佳的是，而后在執(zhí)行實(shí)際測量步驟中只設(shè)定低于最大允許角加速度的角加速度。
本發(fā)明的再一個較佳實(shí)施例的特點(diǎn)是，在執(zhí)行實(shí)際的測量方法之前先作試驗(yàn)運(yùn)行。試驗(yàn)運(yùn)行設(shè)計(jì)成，用為旋轉(zhuǎn)對中裝置14設(shè)置的附加測量系統(tǒng)，使測量系統(tǒng)10能確定可允許的角加速度限制值。試驗(yàn)運(yùn)行包括下列方法和步驟(1)通過用驅(qū)動裝置12驅(qū)動夾緊環(huán)13以一個第一角加速度使精密零件11加速；(2)停止精密零件11；(3)用夾緊環(huán)13的角度測量系統(tǒng)確定其角度位置；(4)用旋轉(zhuǎn)對中裝置14的角度測量系統(tǒng)確定角度位置；(5)確定兩個角度位置之間是否產(chǎn)生角度差(通過比較兩個絕對角度位置或通過一個相對的比較)；(6)如果沒有產(chǎn)生滑移，選擇一個大于第一角加速度的角加速度，并用這一較高的角加速度重復(fù)進(jìn)行步驟(1)到(5)；(7)如果產(chǎn)生了滑移，確定可允許的角加速度限制值，并過渡到實(shí)際的測量方法，以不超過可允許的角加速度限制值的角加速度執(zhí)行測量方法。
本發(fā)明的設(shè)備可以較佳的是配備一個角加速度傳感器，其能夠精確地給出瞬時(shí)的角加速度。這樣可較好地確保不會出現(xiàn)高于最大允許角加速度的角加速度。
有幾種不同的用于設(shè)計(jì)這一試驗(yàn)運(yùn)行的可能性，可使其盡可能迅速地收斂，也就是，可以盡可能迅速地確定出一個加速度限制值。
本發(fā)明的各實(shí)施例的一個優(yōu)點(diǎn)在于，為本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)對中裝置14設(shè)置的角度測量系統(tǒng)的精度(也就是角度分辨率)不必與驅(qū)動側(cè)的角度測量系統(tǒng)的精度一樣高。因此，附加設(shè)備(角度測量系統(tǒng)、固定裝置、以及軟件裝置)的費(fèi)用也不會那樣高。
在一個較佳實(shí)施例中，測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)成可以自動加載。被測精密零件可以較佳地由一個機(jī)器人手臂從一個加工工位傳送到測量系統(tǒng)并被裝夾在其中。在夾緊環(huán)和對中裝置之間產(chǎn)生裝夾。用一個夾緊環(huán)把較大的精密零件穩(wěn)固地裝夾住，在技術(shù)上是相當(dāng)復(fù)雜的，因?yàn)橥ǔ１仨殲榇嗽O(shè)置多個夾鉗并用螺釘之類的緊固件來緊固。按照本發(fā)明，甚至對較大的精密零件也可以使用普通的夾緊環(huán)和對中末端，因?yàn)楝F(xiàn)在能夠自動地檢測出滑移。所以，如果普通的測量系統(tǒng)配備上本發(fā)明的滑移判別措施，其也可以實(shí)現(xiàn)自動化測量。
較佳的是，可以安裝在驅(qū)動側(cè)軸上的各種型式的角度測量系統(tǒng)都可用作驅(qū)動側(cè)角度測量系統(tǒng)。這樣的角度測量系統(tǒng)可給出表明驅(qū)動側(cè)的夾緊環(huán)13的角度位置的信號。典型地，給出的是模擬信號，可將這些模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(A/D轉(zhuǎn)換)。然后將數(shù)字信號發(fā)給驅(qū)動裝置12。于是，可得到分辨率為每一轉(zhuǎn)n1增量的角度數(shù)值，角度的變化可在各步驟中測量，最小可測量的變化為dn＝1.
在一個較佳實(shí)施例中，驅(qū)動側(cè)的角度測量系統(tǒng)、也就是為轉(zhuǎn)臺13.1設(shè)置的角度測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)成每360°的轉(zhuǎn)動給出10,000到40,000個信號。這些信號較佳的是模擬的正弦信號。在另一個較佳實(shí)施例中，這些正弦信號被電子地插值例如1024倍。分辨率為每360°的轉(zhuǎn)動有36,000個信號，那么產(chǎn)生36兆個脈沖。
為旋轉(zhuǎn)對中裝置設(shè)置的角度測量系統(tǒng)可較佳地每360°的轉(zhuǎn)動給出50到5,000個信號。較佳的是，這一角度測量系統(tǒng)也是給出模擬正弦信號。在另一個較佳實(shí)施例中，這些正弦信號也是被插值1024倍。分辨率為每360°的轉(zhuǎn)動有100個信號，那么產(chǎn)生100,000個脈沖。
用這樣的兩個角度測量系統(tǒng)的配置，可以判別尺度為幾分(a few minutesof)角度的滑移。這是足夠的，因?yàn)檠芯恳呀?jīng)表明，一般不會發(fā)生再小的滑移。
夾緊環(huán)13的角速度可從轉(zhuǎn)動角度對時(shí)間的微分來計(jì)算，而其角加速度可從角速度對時(shí)間的微分來計(jì)算。
較佳的是，如上所述，所用的驅(qū)動側(cè)角度測量系統(tǒng)有每360°的轉(zhuǎn)動至少n1＝10,000個角度步長的分辨率。每360°的轉(zhuǎn)動n1＝36,000個角度步長或更多的分辨率尤其較佳。每360°的轉(zhuǎn)動n1＝36,000個角度步長的分辨率特別適用。
解算器和增量發(fā)送器特別適于作為角度測量系統(tǒng)。解算器的結(jié)構(gòu)對應(yīng)于雙線(two-strand)感應(yīng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)。最廣泛應(yīng)用的是沒有自身軸承的解算器結(jié)構(gòu)型式，其中轉(zhuǎn)子直接安裝在驅(qū)動裝置的馬達(dá)軸上。這樣的解算器可以直接裝在傳動夾緊環(huán)13的軸上。
在最高精度的測量系統(tǒng)實(shí)施例中，往往采用下面將介紹的增量發(fā)送器。把來自角度測量系統(tǒng)的角度信息增量發(fā)送給驅(qū)動裝置12的調(diào)節(jié)器有這樣的優(yōu)點(diǎn)，就是，為了發(fā)送運(yùn)動方向的信息只需要兩個信號，即速度和相對的角度位置。為實(shí)現(xiàn)增量發(fā)送器有多種可能性。就用于本發(fā)明而言，最好是用磁場檢測器和光電角度檢測器。
磁場檢測器包括一個測量基準(zhǔn)和一個傳感器頭。把至少兩個傳感器以一定的間隔安裝在傳感器頭上，以便在兩個軌跡信號之間實(shí)現(xiàn)90°的相移。用測量基準(zhǔn)和傳感器之間的相對運(yùn)動來調(diào)制磁場。在這一情況中，測量基準(zhǔn)可以做成是主動磁性的或被動磁性的。
圖3A和3B表示出，一個磁場檢測器20按照本發(fā)明用作設(shè)備10的旋轉(zhuǎn)側(cè)的角度測量系統(tǒng)。這一檢測器20是有被動磁性測量基準(zhǔn)的檢測器。實(shí)際的傳感器22.1、22.2是安裝在用高導(dǎo)磁材料制成的一個永久磁鐵23和一個齒輪21之間。這樣構(gòu)成的磁路中的磁阻是角度的函數(shù)?？梢杂没魻栃?yīng)、磁致電阻效應(yīng)或渦流電流傳感器測量傳感器頭22處的磁通密度和/或磁場強(qiáng)度。齒輪21是一個直齒圓柱齒輪。不管旋轉(zhuǎn)對中裝置14的軸向位移是多少，齒輪21的厚度可選擇為齒輪21的齒總是位于傳感器頭22的區(qū)域里。
精密角度檢測器20要求很高的頻率m0，所以齒輪21應(yīng)有相當(dāng)大的直徑。如果希望每360°圓周的頻率m0＝28，那么齒輪21的直徑一般應(yīng)大于50mm。除頻率之外，兩個傳感器22.1和22.2之間的間隔也應(yīng)包括在這一計(jì)算內(nèi)。
采用主動的測量基準(zhǔn)可把達(dá)到更高的頻率m0，還可尺寸搞得緊湊一些，按照本發(fā)明，在輸出側(cè)的角度檢測器20中用這樣的主動的測量基準(zhǔn)不是絕對必要的，因?yàn)榻嵌葯z測器20的角度分辨率可以比第一角度檢測器的角度分辨率低一些，這一點(diǎn)上面已經(jīng)說明了。
主動的角度檢測器30的一個實(shí)施例可包括一個磁化的薄膜或一個磁化的環(huán)，其做成為圓柱形并安裝成與軸線A1同軸。然后用一個霍爾傳感器作為傳感器頭32。一個示例性的實(shí)施例表示于圖4。其中設(shè)置了一個圓柱體31，其安裝成與軸線A1同軸并且是套裝在軸14.1上。圓柱體31有一個磁檢測器極化，它有許多交替的N和S極化的區(qū)段，如圖4所示?；魻杺鞲衅?2安裝成接近圓柱體31并根據(jù)轉(zhuǎn)過的N和S極化的區(qū)段檢測每個角度變化。在圓周方向N和S極化的各區(qū)段越薄，裝置30的角度分辨率就越高。第二個角度測量系統(tǒng)較佳地有n2個區(qū)段，這里n2小于n1。
也可以用光電測量原理，就是用一個光學(xué)傳感器檢測圓柱體的轉(zhuǎn)過的驅(qū)動。
如根據(jù)圖3A、3B和4所示的示例性實(shí)施例所述的那樣，按照本發(fā)明，為旋轉(zhuǎn)對中裝置設(shè)置的第二角度測量系統(tǒng)包括一個圓柱體，這個圓柱體安裝成與軸線A1同軸并且能隨對中裝置一起平行于軸線A1移動。這個圓柱體有被分段的覆蓋表面，圓柱體的覆蓋層被分成許多條狀的區(qū)段，這些區(qū)段的縱向平行于圓柱體的軸線。圓柱體就是這樣地被分成n2個區(qū)段(測量基準(zhǔn))，在圓柱體繞轉(zhuǎn)動軸線A1轉(zhuǎn)動時(shí)這些區(qū)段轉(zhuǎn)過傳感器頭。傳感器頭可判別由于區(qū)段轉(zhuǎn)過而產(chǎn)生的變化并處理這些變化，以給出相對的和/或絕對的角度變化的一種表示。
按照本發(fā)明的至此已經(jīng)說明的各實(shí)施例，傳感器頭是固定的。也可以做成可移動的，因?yàn)閳A柱體可以平行于軸線A1移動，而不會削弱角度測量系統(tǒng)的功能。
在另一實(shí)施例中，測量基準(zhǔn)和傳感器都是安裝成可移動的，但是它們的相對位置不變。之所以能較佳地做到如此是因?yàn)閭鞲衅饔性试S它垂向移動(平行于軸線A1)的垂向?qū)к?，又能防止其繞軸線A1轉(zhuǎn)動。在一個較佳實(shí)施例中，在傳感器和殼體(和/或殼體的吊架)之間設(shè)置了一種銷-槽連接。這樣，例如傳感器可以在其避開測量基準(zhǔn)的側(cè)面上有垂向延伸的槽，以確保傳感器能相對于固定在殼體上的一個銷子垂向滑動。
圖5表示出另一個實(shí)施例的示意性框圖。這一實(shí)施例中，驅(qū)動側(cè)和輸出側(cè)的角度位置都是測定其絕對值。在Tx時(shí)刻驅(qū)動側(cè)的角度位置n1用n1(Tx)表示，而在Tx時(shí)刻輸出側(cè)的角度位置n2用n2(Tx)表示。用軟件裝置40進(jìn)行比較，對所示的例子而言，這是簡單的減法。如果兩個角度位置之間有差別，亦即n1(Tx)≠n2(Tx)，那么就有一個信號發(fā)送給測量程序控制器41。于是測量程序控制器41就像上述那樣中止測量程序。
采用角度位置的相對比較的一個實(shí)施例用兩個圖形形式表示于圖6A和6B。圖中水平坐標(biāo)軸表示時(shí)間，垂向坐標(biāo)軸表示信號強(qiáng)度(幅值)。在圖6A的上一個圖中，表示的是在掃描驅(qū)動側(cè)的轉(zhuǎn)動時(shí)得到的脈沖頻率。在進(jìn)行了模/數(shù)轉(zhuǎn)換之后，脈沖頻率以簡單的矩形脈沖51的形式表示。12個脈沖51對應(yīng)于第一個角度位置。與之同步地，記錄了輸出側(cè)角度檢測器的脈沖52，如圖6A所示。第二個角度檢測器的角度分辨率較低。其提供的脈沖數(shù)僅為第一個角度檢測器提供的脈沖數(shù)的四分之一(n1＝4 x n2)。如果脈沖52是與脈沖51同步，可以認(rèn)為沒有滑移。圖6A表示的就是沒有滑移的情況。
相比之下，圖6B表示出驅(qū)動側(cè)和輸出側(cè)之間有角度差，脈沖52相對于脈沖51有一個微小的位移。這個位移表示已經(jīng)產(chǎn)生了滑移。
本發(fā)明的一個優(yōu)點(diǎn)是可以采用簡單的夾緊環(huán)13，其以最大的牽引力把力傳遞到精密零件11上。在這一情況中，力是通過互相摩擦傳遞的。這種型式的夾緊環(huán)13裝夾起來相當(dāng)簡單。此外，這種夾緊環(huán)可以自動加載，可使測量系統(tǒng)完全自動化。
本發(fā)明的CNC測量設(shè)備，除可用于測量外齒直齒輪之外，還可用于測量內(nèi)齒輪、錐齒輪、蝸桿、齒輪切割刀具等等，這種測量設(shè)備有垂向的轉(zhuǎn)動軸線并且可同軸地接納回轉(zhuǎn)對稱的工件。
權(quán)利要求
1.一種用于測量回轉(zhuǎn)對稱精密零件(11)的設(shè)備，該設(shè)備有一個可由一個驅(qū)動裝置(12)驅(qū)動的夾緊環(huán)(13；13.1，13.2)以及一個旋轉(zhuǎn)對中裝置(14)，夾緊環(huán)(13；13.1，13.2)和旋轉(zhuǎn)對中裝置(14)安裝成可將一個被測量的回轉(zhuǎn)對稱精密零件(11)非主動地并且同軸地安裝在夾緊環(huán)(13；13.1，13.2)和對中裝置(14)之間，該設(shè)備還有一個為夾緊環(huán)(13；13.1，13.2)設(shè)置的第一角度測量系統(tǒng)，這一角度測量系統(tǒng)給出表明夾緊環(huán)(13；13.1，13.2)的驅(qū)動側(cè)角度位置的信號，其特征在于—還為旋轉(zhuǎn)對中裝置(14)設(shè)置了另一個角度測量系統(tǒng)(20；30)，這一角度測量系統(tǒng)給出表明對中裝置(14)的輸出側(cè)角度位置的信號；以及—配備有軟件裝置，其可通過根據(jù)驅(qū)動側(cè)角度位置和輸出側(cè)角度位置進(jìn)行的比較計(jì)算來確定夾緊環(huán)(13；13.1，13.2)和回轉(zhuǎn)對稱精密零件(11)之間是否有滑移。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述夾緊環(huán)(13.2)是穩(wěn)固地連接于一個轉(zhuǎn)臺(13.1)，該轉(zhuǎn)臺可由所述驅(qū)動裝置(12)驅(qū)動而繞一個第一轉(zhuǎn)動軸線(A1)轉(zhuǎn)動，所述夾緊環(huán)(13.2)有一個與所述第一轉(zhuǎn)動軸線(A1)同軸延伸的轉(zhuǎn)動軸線。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述夾緊環(huán)(13.2)用作一個對中末端。
4.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，所述夾緊環(huán)(13.2)包括夾緊裝置，該夾緊裝置可將被測量的回轉(zhuǎn)對稱精密零件(11)非主動地裝夾成與第一轉(zhuǎn)動軸線(A1)同軸。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)對中裝置(14)實(shí)現(xiàn)為一個對中末端，其安裝成可依靠與被測量的回轉(zhuǎn)對稱精密零件(11)之間的摩擦連接繞第一轉(zhuǎn)動軸線(A1)轉(zhuǎn)動。
6.如權(quán)利要求1或5所述的設(shè)備，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)對中裝置(14)可平行于第一轉(zhuǎn)動軸線(A1)移動，以允許手動地或自動地裝夾精密零件(11)。
7.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述另一個角度測量系統(tǒng)(20；30)包括一個圓柱體(21；31)，該圓柱體與所述旋轉(zhuǎn)對中裝置(14)連接和安裝在一起，且安裝成可平行于轉(zhuǎn)動軸線(A1)移動，而不削弱所述另一個角度測量系統(tǒng)(20；30)的功能。
8.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于，所述另一個角度測量系統(tǒng)(20；30)機(jī)械地連接于所述旋轉(zhuǎn)對中裝置(14)，并且連接成其可平行于第一轉(zhuǎn)動軸線(A1)移動。
9.如前面任一權(quán)利要求所述的設(shè)備，其特征在于，所述另一個角度測量系統(tǒng)(20；30)的角度分辨率(n2)比所述第一角度測量系統(tǒng)的角度分辨率低，所述軟件裝置能判別滑移但不能給出定量的數(shù)值。
10.一種用于測量齒輪(11)的CNC測量設(shè)備(10)，其特征在于，它包括前面任一權(quán)利要求所述的設(shè)備、用于裝夾齒輪(11)的夾緊環(huán)(13；13.1，13.2)和旋轉(zhuǎn)對中裝置(14)、以及一個CNC控制器，該控制器可使所述齒輪(11)轉(zhuǎn)動到不同的角度位置并且用一個測量頭(15)對所述齒輪(11)進(jìn)行掃描。
11.如權(quán)利要求10所述的CNC測量設(shè)備(10)，其特征在于，所述驅(qū)動裝置(12)交替地使所述齒輪(11)轉(zhuǎn)動一個轉(zhuǎn)角和停止，可以在停止?fàn)顟B(tài)用所述測量頭(15)對齒輪進(jìn)行測量。
12.如權(quán)利要求10所述的CNC測量設(shè)備(10)，其特征在于，在轉(zhuǎn)動過程中，可將所述齒輪(11)的角加速度設(shè)定為不會使所述夾緊環(huán)(13；13.1，13.2)和所述齒輪(11)之間產(chǎn)生滑移。
13.如權(quán)利要求10所述的CNC測量設(shè)備(10)，其特征在于，如果產(chǎn)生了滑移就不再進(jìn)行測量，把正在進(jìn)行的測量中止或結(jié)束。
14.如權(quán)利要求10所述的CNC測量設(shè)備(10)，其特征在于，可以在進(jìn)行測量之前要求進(jìn)行試驗(yàn)運(yùn)行，以不同的角加速度驅(qū)動所述齒輪(11)，以確定不會引起滑移的最大允許角加速度，在隨后的實(shí)際測量中設(shè)定低于最大允許角加速度的角加速度。
15.一種使用具有由一個驅(qū)動裝置(12)驅(qū)動的夾緊環(huán)(13；13.1，13.2)和一個旋轉(zhuǎn)對中裝置(14)的CNC測量設(shè)備(10)測量回轉(zhuǎn)對稱精密零件(11)的方法，其特征在于，該方法包括下列步驟—依靠摩擦力把精密零件(11)裝夾在夾緊環(huán)(13；13.1，13.2)和旋轉(zhuǎn)對中裝置(14)之間，并且裝夾成精密零件(11)同軸地安裝在夾緊環(huán)(13；13.1，13.2)和旋轉(zhuǎn)對中裝置(14)之間；—通過用所述驅(qū)動裝置(12)驅(qū)動夾緊環(huán)(13；13.1，13.2)而使精密零件(11)轉(zhuǎn)動，用一個第一角度測量系統(tǒng)發(fā)出的信號來表明驅(qū)動側(cè)的角度位置；—用一個能夠發(fā)出表明輸出側(cè)角度位置的信號的第二角度測量系統(tǒng)(20；30)確定對中裝置(14)的輸出側(cè)角度位置；—把所述驅(qū)動側(cè)的角度位置和所述輸出側(cè)的角度位置進(jìn)行比較，以確定夾緊環(huán)(1 3；13.1，13.2)和精密零件(11)之間是否有滑移。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，以上羅列的各步驟是在測量步驟的進(jìn)行過程中執(zhí)行，如果判別出沒有滑移，就在測量步驟的進(jìn)行過程中使用測量頭(15)。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，以上羅列的各步驟是在測量步驟的進(jìn)行之前執(zhí)行，用驅(qū)動裝置以不同的角加速度驅(qū)動精密零件(11)，以確定不會引起滑移的最大允許角加速度，在測量步驟的進(jìn)行過程中設(shè)定低于最大允許角加速度的角加速度。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，在使精密零件(11)轉(zhuǎn)動之前，進(jìn)行一個初始化步驟，以將第一角度測量系統(tǒng)和第二角度測量系統(tǒng)校準(zhǔn)為一致。
全文摘要
一種用于測量回轉(zhuǎn)對稱精密零件(11)的設(shè)備，該設(shè)備有一個可由一個驅(qū)動裝置(12)驅(qū)動的夾緊環(huán)(13)以及一個旋轉(zhuǎn)對中裝置(14)，夾緊環(huán)(13)和旋轉(zhuǎn)對中裝置(14)安裝成可將一個被測量的回轉(zhuǎn)對稱精密零件(11)非主動地并且同軸地安裝在它們之間。該設(shè)備還有一個為夾緊環(huán)(13)設(shè)置的第一角度測量系統(tǒng)，其給出表明夾緊環(huán)(13)的驅(qū)動側(cè)角度位置的信號。還為旋轉(zhuǎn)對中裝置(14)設(shè)置了另一個角度測量系統(tǒng)(20；30)，其給出表明對中裝置(14)的輸出側(cè)角度位置的信號。還配備有軟件裝置，其可通過根據(jù)驅(qū)動側(cè)角度位置和輸出側(cè)角度位置進(jìn)行的比較計(jì)算來確定夾緊環(huán)(13)和回轉(zhuǎn)對稱精密零件(11)之間是否有滑移。
文檔編號B23Q17/20GK1669735SQ20051005923
公開日2005年9月21日 申請日期2005年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月16日
發(fā)明者G·米爾斯 申請人:科林基恩伯格股份有限公司