專利名稱：用于確定螺旋結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種權(quán)利要求1前序部分中所述類型的用于確定至少局部為圓柱形的構(gòu)件的表面粗糙度中的螺旋結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
尤其是在切削加工，例如研磨加工工件表面期間，會在圓柱形構(gòu)件的表面中形成螺旋結(jié)構(gòu)。在軸/軸密封環(huán)系統(tǒng)中尤其是在軸的圓周方向上定向的結(jié)構(gòu)稱為螺旋。根據(jù)螺旋的特征可能導(dǎo)致軸和軸密封環(huán)之間的不密封性。由于該原因已知應(yīng)借助適合的測量方法確定螺旋結(jié)構(gòu)。根據(jù)螺旋的特征分為宏螺旋和微螺旋。宏螺旋例如可構(gòu)造為密封螺旋，這種螺旋是一種軸向周期性的、單線至多線地以一定角度環(huán)繞的結(jié)構(gòu)。但宏螺旋也可構(gòu)造為周期性或非周期性的零螺旋，在這種螺旋中，螺旋結(jié)構(gòu)的各線精確地位于圓周方向上并且是閉合的。此外，宏螺旋還可構(gòu)造成進(jìn)給螺旋，進(jìn)給螺旋是一種周期性的、單線的以一個角度環(huán)繞的、具有進(jìn)給周期長度的結(jié)構(gòu)。微螺旋尤其可以是一種偏斜螺旋(Schrankungsdrall), 其存在于微研磨結(jié)構(gòu)中，其主結(jié)構(gòu)方向具有關(guān)于工件軸的直角度誤差。在本發(fā)明的范圍內(nèi)涉及宏螺旋(下面簡稱“螺旋”)，這種螺旋的特征在于在軸向和圓周方向上均為周期性的。圓周方向上的周期性特征為整數(shù)性并且被稱為“線數(shù)”。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的螺旋測量技術(shù)在梅塞德思-奔馳企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MBN 31 007-7中進(jìn)行了詳細(xì)說明。DE 197 40 141 Cl公開了一種用于檢測精細(xì)加工的實心或空心圓柱形工件的表面粗糙度中的螺旋結(jié)構(gòu)的方法，其中，在工件所關(guān)注的圓周帶上掃描多個軸向定向的掃描切片(Tastschnitt)，掃描切片具有在不同的、但精確已知的圓周位置上的高的軸向測量點密度以及具有分別精確已知的軸向位置，其中，根據(jù)掃描切片在工件上的軸向和圓周上的相應(yīng)位置與位置相對應(yīng)地以密集的順序并排描繪出不同掃描切片的各個局部的粗糙度輪廓，測量記錄(Meiiaufschriebe)在徑向和軸向方向上被提高或者說拉長并且在圓周方向上收縮地示出，并且示出了這樣的輪廓圖/形貌圖，該輪廓圖對于每個維度有不同的仿射變換失真，但作為展開圖以斜視圖的方式立體地示出了圓周帶表面的微結(jié)構(gòu)。DE 10 2006 001 799 B4公開了一種用于測量工件表面上的螺旋的方法，其中，為了獲得測量值沿一條線掃描工件表面，該線具有平行于軸線的軸向分量和沿軸線的圓周方向的周向分量，該線具有至少一個第一區(qū)段和至少一個第二區(qū)段，這些區(qū)段在軸線中具有不同角度，據(jù)此從測量值中確定至少一個表征螺旋結(jié)構(gòu)的特征參數(shù)。文Seewig, Τ. Hercke :2nd Generation Lead Measurement, XIX IMECO World Congress Fundamental and Applied Metrology,2009,1957-1961, ISBN 978-963-88410-01，里斯本，葡萄牙”中公開一種相關(guān)類型的用于確定工件表面粗糙度中的螺旋結(jié)構(gòu)的方法。由該文獻(xiàn)已知的方法也被稱為第二代螺旋測量方法。在該方法中，在工件的一個有關(guān)的表面區(qū)域內(nèi)實施多個在工件軸向方向上延伸的、在圓周方向上彼此隔開距離的切片掃描。第一“粗”測量網(wǎng)格由72個在圓周上角度步長為5°且測量長度為至少2mm的掃描切片構(gòu)成。粗測量網(wǎng)格可描述最大線數(shù)為15的螺旋結(jié)構(gòu)。更多的線數(shù)可借助第二測量網(wǎng)格檢測，該測量網(wǎng)格由角度步長為0. 5°并且測量長度同樣為2mm的72個掃描切片構(gòu)成。由測量數(shù)據(jù)集對主要的螺旋結(jié)構(gòu)的重建構(gòu)成分析處理的基礎(chǔ)。對此，根據(jù)最小二乘法(最小誤差平方和)由三個加法疊加、調(diào)和相關(guān)(harmonisch verwandt)的、帶有8個自由參數(shù)的余弦函數(shù)構(gòu)成的函數(shù)對離散的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。關(guān)于分析方法的細(xì)節(jié)參見所述文獻(xiàn)。在此螺旋結(jié)構(gòu)通過6個特征參數(shù)來表征，即螺旋深度Dt、線數(shù)DG、每旋轉(zhuǎn)一周DFu 的理論進(jìn)給截面積DF、周期長度DP和百分比表示的支承面DLv。在已知方法中按下面三個步驟的順序確定螺旋結(jié)構(gòu)的特征參數(shù)首先選擇測量網(wǎng)格并且進(jìn)行掃描切片測量，緊接著確定主要的螺旋結(jié)構(gòu)和特征值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提出一種權(quán)利要求1前序部分所述類型的方法，該方法用于確定至少局部為圓柱形的工件的表面粗糙度中的螺旋結(jié)構(gòu)，該方法更加適合在批量生產(chǎn)中使用。所述目的通過權(quán)利要求1中給出的發(fā)明來實現(xiàn)。此外，本發(fā)明基于一種按描刻測量方法的觸覺測量。其基于這樣的認(rèn)識測量數(shù)據(jù)的檢測在此需要相當(dāng)長的時間。在常見的0. 5mm/sec的進(jìn)給速度和2mm的測量路段的情況下，理論上最小的測量時間為4分48秒。由此出發(fā)本發(fā)明基于這樣的構(gòu)思這樣修改已知的方法，從而更快地得到有表現(xiàn)力的結(jié)果。由此出發(fā)，本發(fā)明基于另一個構(gòu)思識別螺旋結(jié)構(gòu)，并且無須檢測例如由72個掃描切片組成的完整的測量數(shù)據(jù)集。本發(fā)明的基本構(gòu)思在于，在每個所檢測的掃描切片之后，擬合一“臨時螺旋結(jié)構(gòu)”，并且計算螺旋結(jié)構(gòu)的所關(guān)注的特征參數(shù)的、與該臨時螺旋結(jié)構(gòu)的相配的“臨時”值。通過考慮每個另外的掃描切片的測量值，使該特征參數(shù)的估計值逼近實際的最終結(jié)果。因此，本發(fā)明實現(xiàn)了一種快速檢測，借助該方法能快速識別螺旋結(jié)構(gòu)。以這種方式大大改善了本發(fā)明方法在批量生產(chǎn)的測量過程的范圍內(nèi)的可用性。本發(fā)明通過上述方式在分析處理第一掃描切片的測量值之后就已經(jīng)得到關(guān)于螺旋結(jié)構(gòu)的初步(第一)結(jié)論。一個有利的擴展方案設(shè)定在每個新檢測的掃描切片之后， 對估計值或各估計值進(jìn)行校正。在這種實施方式中，通過引入每個另外的掃描切片的測量值，該方法的結(jié)果的精確性的到改進(jìn)并且最終收斂為一個基于對所有掃描切片的測量數(shù)據(jù)的分析處理得到的最終結(jié)果。在這種情況下有利的是為了確定特征參數(shù)的最終結(jié)果，重復(fù)對估計值的校正，直至考慮了所有掃描切片的測量值。通過這種方式一方面能夠快速地得出以下結(jié)論，即，是否存在螺旋結(jié)構(gòu)并且所述螺旋結(jié)構(gòu)具有何種特征。另一方面通過考慮所有掃描切片的測量值實現(xiàn)很高的精度。與已知方法相比優(yōu)點在于，可以在掃描下一個掃描切片的同時分析處理與所述一個掃描切片相配的測量值。本發(fā)明的另一個擴展方案設(shè)定，借助與第一掃描切片相配的測量值確定螺旋深度和周期長度的估計值。根據(jù)另一個擴展方案，在掃描第二掃描切片之后確定螺旋結(jié)構(gòu)的線數(shù)的估計值。
下面借助實施例進(jìn)一步解釋本發(fā)明。在此，所有所說明的和在權(quán)利要求中要求保護(hù)的特征本身以及以任意組合構(gòu)成本發(fā)明的內(nèi)容，而與其在權(quán)利要求中的概括或權(quán)利要求的引用關(guān)系無關(guān)以及與其說明無關(guān)。具體進(jìn)行方式本發(fā)明的用于確定至少局部地為圓柱形工件的表面粗糙度中的螺旋結(jié)構(gòu)的方法的一個實施例以如下方式進(jìn)行為確定螺旋結(jié)構(gòu)，首先在工件所關(guān)注(相關(guān))的表面區(qū)域中實現(xiàn)掃描多次在工件的軸向方向上延伸的、在圓周方向上彼此隔開距離的切片掃描，其中第一“粗”測量網(wǎng)格由 72個圓周上的角度步長為5°和測量長度為至少2mm的掃描切片構(gòu)成。該粗測量網(wǎng)格使得可以描述最大15線的螺旋結(jié)構(gòu)。更多線數(shù)可借助第二測量網(wǎng)格檢測，該測量網(wǎng)格由角度步長為0. 5°并且測量長度也約為2mm的72個掃描切片構(gòu)成。由測量數(shù)據(jù)集重建主要的螺旋結(jié)構(gòu)是分析處理的基礎(chǔ)。對此，用由三個加法疊加、調(diào)和相關(guān)的帶有8個自由參數(shù) = [ ”... θ8]τ的余弦函數(shù)構(gòu)成的函數(shù)w(0 · Δ θ， η· Δχ, Θ0)按最小二乘法來擬合離散的測量數(shù)據(jù)ζ (m · Δ θ，η · Δ χ)
權(quán)利要求
1.用于確定至少局部為圓柱形的工件的表面粗糙度中的螺旋結(jié)構(gòu)的方法，其中，在工件所關(guān)注的表面區(qū)域中實施多次在工件軸向方向上延伸的、在圓周方向上彼此隔開距離的切片掃描，根據(jù)通過掃描切片獲得的測量值確定螺旋結(jié)構(gòu)的至少一個特征參數(shù)的值，其特征在于，根據(jù)與第一掃描切片相配的測量值確定螺旋結(jié)構(gòu)的至少一個特征參數(shù)的估計值， 并且根據(jù)與至少一個第二掃描切片相配的測量值校正所述估計值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在每個新檢測的掃描切片之后校正所述或各所述估計值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，為確定所述特征參數(shù)的最終結(jié)果，重復(fù)對估計值的校正，直至考慮了所有掃描切片的測量值。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，根據(jù)與第一掃描切片相配的測量值確定螺旋深度和周期長度的估計值。
5.根據(jù)權(quán)利要去4的方法，其特征在于，在實現(xiàn)測量第二掃描切片之后確定螺旋結(jié)構(gòu)的線數(shù)的估計值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定至少局部為圓柱形工件的表面粗糙度中的螺旋結(jié)構(gòu)的方法，其中，在工件所關(guān)注的表面區(qū)域中實施多個在工件軸向方向上延伸的、在圓周方向上彼此隔開距離的切片掃描，根據(jù)由切片掃描獲得的測量值確定螺旋結(jié)構(gòu)的至少一個特征參數(shù)的值。根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)與第一掃描切片相配的測量值確定螺旋結(jié)構(gòu)的至少一個特征參數(shù)的估計值，并且根據(jù)與至少一個第二掃描切片相配的測量值校正所述估計值。
文檔編號G01B21/30GK102252644SQ20111010454
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月29日
發(fā)明者J·澤維希 申請人:霍梅爾-埃塔米克有限公司