用于校准齿轮切割机中的测量探针的方法与流程

本发明涉及用于借助于工件，特别是大齿轮来校准齿轮切割机中的测量探针的方法。

背景技术：

在其中安装测量探针以能够检查机器中生产的工件(例如：齿厚检查、节距检查、轮廓检查、侧面衬里检查)的齿轮切割机中，外部影响(诸如温度波动)可能导致机器中的变形最小，这使得这些检查不精确。因此，测量探针相对于齿的位置(以下仅称为测量探针的位置)的变化结果必须定期确定，并通过校准补偿，以能够始终确保良好的测试结果。

测量探针的假定位置与实际位置之差在此称为位置误差。当位置误差为零时，完美地校准测量探针。通过所描述的本发明的方法确定的测量探针的位置的校正称为位置校正。

校准所需的测量探针的位置的确定可以在测量对象上，例如在测量块上进行。然而，直接在夹持在机器中的工件上，特别是在大齿轮上的确定具有某些优点。特别地，消除了工人将测量块合并到机器中并在校准之后再次移除测量块的支出。在用于生产大工件的齿轮切割机中，测量探针的横穿路径也可能不足以能够到达测量块。也通过在工件上进行测量来避免这种情况。

从文献ep2554938b1中已知用于借助于工件来校准齿轮切割机中的测量探针的方法，其中通过不同的测量步骤两次确定工件的轮廓。在第一测量步骤中，在工件旋转的同时，测量探针在切线方向上横穿，但在第二测量步骤中，测量探针在非切线方向上或径向上横穿。参考在相应的测量步骤中确定的齿形梯度误差之间的差，测量头的位置误差被确定并用于校准。

技术实现要素：

本发明的目的是提供用于借助于工件来校准齿轮切割机中的测量探针的改进方法。

在第一方面，本发明包括用于通过使用在齿轮切割机的工件保持器中所接收的工件来校准所述齿轮切割机中的测量探针的方法，其中所述测量探针包括可移动地布置在测量探针基座上的测量探针尖端，其中能够经由所述测量探针的至少一个传感器来确定所述测量探针尖端相对于所述测量探针基座的偏转，并且其中所述测量探针能够经由所述齿轮切割机的至少两个运动轴线相对于所述工件保持器横穿，

所述方法包括以下步骤：

使测量探针和/或工件横穿到相对位置中，在所述相对位置中，所述测量探针尖端接触所述工件的齿面；

经由所述工件保持器的旋转轴线使所述工件旋转，并且经由所述齿轮切割机的所述至少两个运动轴线使所述测量探针横穿，以使得：

在完美校准的情况下，所述测量探针尖端在所述齿面上的所述接触点将保持不变，并且

在完美校准的情况下，所述测量探针尖端的所述偏转或所述偏转的量将采用和/或维持至少一个指定值；

确定在至少一个测量点处所述测量探针尖端的所述偏转与所述至少一个指定值的偏差；

基于所述偏差确定所述校准的至少一个校正值。

根据第二方面，本发明包括用于通过使用在齿轮切割机的工件保持器中所接收的工件来校准所述齿轮切割机中的测量探针的方法，其中所述测量探针具有可移动地布置在测量探针基座上的测量探针尖端，其中能够经由所述测量探针的至少一个传感器来确定所述测量探针尖端相对于所述测量探针基座的偏转和/或所述测量探针尖端相对于所述测量探针基座的偏转的实现，并且其中所述测量探针能够经由所述齿轮切割机的至少两个运动轴线相对于所述工件保持器横穿，

所述方法包括以下步骤：

使测量探针和/或工件横穿到相对位置中，在所述相对位置中，所述测量探针尖端接触所述工件的所述齿面；

经由所述工件保持器的旋转轴线使所述工件旋转，并且经由所述齿轮切割机的所述至少两个运动轴线使所述测量探针横穿，以使得：

在完美校准的情况下，所述测量探针尖端在所述齿面上的所述接触点将保持不变，并且

所述测量探针尖端的所述偏转或所述偏转的量采用和/或维持至少一个指定值；

确定在至少一个测量点处所述工件保持器的所述旋转轴线和/或所述齿轮切割机的所述至少两个运动轴线的实际位置与其在完美校准的情况下具有的位置之间的偏差；以及

基于所述偏差确定所述校准的至少一个校正值。

在根据本发明的两个方面中，除了在ep2554938b1中，未测量轮廓角和/或轮廓角偏差。此外，未执行测量探针尖端切向于基圆的运动。而是，测量探针尖端的中心(可能所测量的偏差除外)在圆形路径上移动。因此，提供相当简单的方法，所述方法还允许更全面的校准。

下面将详细描述根据第一方面和根据第二方面的方法的优选实施例。除非另有说明，否则优选实施例可以用于发展两方面。

优选地，本发明可以在没有诸如基准测量块的基准对象的情况下进行，即，仅经由有齿工件进行校准。

工件的齿可以任意选择。具体地，工件的齿可以是直的或螺旋齿形的内齿或外齿，其可以具有圆柱形设计和圆锥形设计(斜面齿)。齿可以是对称的也可以是非对称的，即，左侧面和右侧面的轮廓角可以但不必不同。齿的轮廓可以任意选择，特别地也可以选择为渐开线。

优选地，根据本发明的校准方法在生产周期中完全自动地执行。

在根据第一方面的方法中，使用能够向控制单元提供测量探针尖端的偏转的测量探针，即，适合于扫描测量的测量探针。

另一方面，为了进行根据第二方面的方法，还可以使用仅可以输出测量探针尖端相对于测量探针基座的特定偏转的实现的测量探针，即，仅适合于开关测量的测量探针。

根据本发明，可以使用可以仅输出偏转的量的测量探针(在开关探针中：开关探针仅可以输出是否存在接触)。然而，还可以使用另外还可以输出倾斜方向的测量探针。然而，该信息不是绝对必要的。

根据本发明的可能实施例，针对多个测量点确定偏差，并且基于多个偏差确定至少一个校正值。特别地，可以在多个测量点上确定偏差的曲线。

根据本发明的可能实施例，将偏差和/或偏差的曲线与针对不同的校准误差和/或偏差的理论曲线确定的多个理论偏差进行比较，以确定校准的至少一个校正值。

根据本发明的可能实施例，在至少一个第一测量行程中，确定与工件的第一侧面接触的偏差，并且在至少一个第二测量行程中，确定与工件的第二侧面、优选相对的侧面接触的偏差。优选地，在若干测量点上分别为两个侧面确定偏差。由于在两个侧面上进行测量，因此附加信息可用于校准。

根据本发明的可能实施例，针对至少两个运动方向和/或运动轴线确定校正值，其中运动方向和/或运动轴线优选地允许在垂直于工件保持器的旋转轴线的平面中运动。优选地，为此进行至少两次测量行程，在每次测量行程中确定偏差。

与现有技术相比，获得的优点在于，通过两次测量，不仅可以校正第一方向上的误差，而且可以校正第二方向上的误差。优选地，两个校准路径布置在两个不同的侧面上。

根据本发明的可能实施例，同时和/或连续地经由工件保持器的旋转轴线实现使工件旋转，并且经由齿轮切割机的至少两个运动轴线实现使测量探针横穿。具体地，当测量探针可以输出测量探针尖端相对于测量探针基座的偏转时，可以采用这种过程。

根据本发明的另一种可能实施例，交替地和/或间歇地经由工件保持器的旋转轴线实现使工件旋转，并且经由齿轮切割机的至少两个运动轴线实现使测量探针横穿。当测量探针仅可以输出测量探针尖端相对于测量探针基座的偏转的实现时，即，仅适用于开关测量时，优选地采用这种方法。

根据本发明的可能的实施例，通过追踪待检查的侧面来确定侧面和/或侧面的轮廓的容差的变化，以预先选择用于校准的接触点和/或在确定校正值时考虑容差的变化和/或接触点周围的轮廓。特别地，可以选择接触点，在所述接触点中，侧面上的容差的变化尽可能小，以使得与计算所基于的目标几何形状的偏差尽可能小。

根据本发明的可能实施例，根据工件的轮廓和/或齿轮切割机和/或测量探针的约束，确定接触点所在的半径和/或所追踪的工件保持器的旋转轴线的旋转角度的范围。特别地，实现该确定，以使得可以在尽可能大的旋转角度范围内和/或以指定精度实现测量。

根据本发明的可能实施例，测量探针尖端具有球体的形状。

根据本发明的可能实施例，齿轮切割机包括加工头，所述加工头可经由至少两个运动轴线相对于工件保持器横穿，其中测量探针和工具保持器布置在加工头上。因此，加工头的运动轴线还可以用于使测量探针横穿。

然而，在本发明的可能实施例中，测量探针还可以经由除包括工具保持器的加工头之外的其他运动轴线全部或部分地横穿。

根据本发明的可能实施例，至少两个运动轴线是线性轴线。优选地，运动轴线允许在垂直于工件保持器的旋转轴线的平面中运动。优选地，通过本发明的方法校准两个运动轴线。

本发明还包括具有用于接收工件的工件保持器并具有测量探针的齿轮切割机，其中所述测量探针包括可移动地布置在测量探针基座上的测量探针尖端，其中可以经由所述测量探针的至少一个传感器来确定所述测量探针尖端相对于所述测量探针基座的偏转和/或所述测量探针尖端相对于所述测量探针基座的偏转的实现，并且其中所述测量探针可经由所述齿轮切割机的至少两个运动轴线相对于所述工件保持器横穿。所述齿轮切割机包括控制单元，所述控制单元被构造成通过如上已经描述的方法来校准所述测量探针。

具体地，控制单元包括微处理器和程序存储在其中的非易失性存储器。当程序在微处理器上运行时，齿轮切割机执行本发明的方法。为此，控制单元可以致动齿轮切割机的运动轴线和/或评估测量探针的信号和/或测量数据。

根据本发明的可能实施例，控制单元被构造成使得所述方法作为生产周期的一部分被完全自动地执行。

附图说明

现在将参考附图和示例性实施例详细地描述本发明。

在附图中：

图1示出根据本发明的方法的示例性实施例的示意图，其示出圆形路径，在工件旋转轴线旋转且测量探针同步横穿的情况下，测量探针尖端与齿面之间的接触点将沿着所述圆形路径延伸，

图2示出在左侧面上进行校准测量期间，在工件旋转角度上绘制的探针偏转的记录的测量(21)线路和计算(22)线路的示例，

图3示出在右侧面上进行校准测量期间，在工件旋转角度上绘制的探针偏转的记录的测量(31)线路和计算(32)线路的示例，

图4示出在存在具有齿面的测量探针尖端的位置误差(43)的情况下，计算出的接触点(41)和接触点的实际线路的示意图，

图5示出用于计算测量探针的位置的一系列变换(51-54)的示意图，

图6示出测量探针的构造和操作模式的示例性实施例，

图7示出根据本发明的齿轮切割机的构造和操作模式的示例性实施例，并且

图8示出用于齿轮切割机中的具有测量探针的加工头的示例性实施例。

具体实施方式

图7中示出根据本发明的齿轮切割机的构造和操作模式的示例性实施例。图8示出可以用于齿轮切割机中的具有测量探针74的加工头73的示例性实施例。

在示例性实施例中，齿轮切割机包括工件保持器71和工具保持器72。工件保持器和工具保持器可以经由对应的驱动器绕其旋转轴线c2、b1被驱动。

工具保持器布置在加工头73上，所述加工头73可经由运动轴线相对于工件保持器横穿。在示例性实施例中，设置第一线性轴线y1，工具保持器72可经由所述第一线性轴线y1在垂直于工件保持器的旋转轴线c2的方向上横穿，以改变中心距离。此外，设置第二线性轴线z1，工具保持器72可经由所述第二线性轴线z1在平行于工件保持器的旋转轴线c2的方向上横穿。此外，设置第三线性轴线v1，工具保持器72可经由所述第三线性轴线v1在平行于其自身的旋转轴线b1的方向上横穿。可以经由平行于y1轴线延伸的枢转轴线a1改变线性轴线v1和工具保持器72的对准。

在示例性实施例中，工件保持器71布置在工具台75上。工具台75承载可通过y1轴线线性横穿的工具架76。可经由轴线z1横穿的滑架布置在工具架上，具有工具保持器72的加工头经由a1轴线和v1轴线布置在所述滑架上。

齿轮切割机例如可以是滚齿机和/或滚刀磨床。然而，本发明也可以用于任何其他齿轮切割机。

图8示出加工头73的示例性实施例。测量探针74布置在加工头73上。测量探针74包括测量探针基座83，其中测量探针74的测量探针尖端相对于测量探针基座83的偏转可以经由至少一个传感器来确定。

经由测量探针基座83，测量探针74布置在旋转臂81上，所述旋转臂81经由驱动器82可从静止位置枢转到测量位置并返回。

根据本说明书选择的方向x、y和z的定义也可以从图1中获得，其中z正交于x和y，以使得三轴线形成右手系。z轴线平行于齿的旋转轴线(工件旋转轴线)延伸。在此，c轴线表示工件保持器的旋转轴线，所述工件保持器使工件绕工件旋转轴线旋转。x、y和z轴线表示相对于齿在x、y和z方向上横穿测量探针的机器轴线。轴线不必一定是物理轴线。移动也可以通过两个或更多个轴线的插入来实现。

特别地，y方向上的移动在示例性实施例中可以经由y1方向实现，x方向上的移动在示例性实施例中可以单独经由v1轴线在v1轴线与x方向平行的a1轴线的位置处实现，并且通过v1轴线和z1轴线的移动的叠加而在其他位置中实现。然而，在齿轮切割机的替代实施例中，例如，当x1轴线承载a1轴线并且因此不通过a1轴线枢转时，还可以设置总是平行于x方向对准的x1轴线。

在测量探针74的示踪销62的端部处的测量探针尖端61优选是球体(测量探针球体)，例如红宝石球体。图6示出在此可用的扫描测量探针的可能变体的构造。

在根据本发明的方法中，优选地使用适合于扫描测量的测量探针。换句话说，测量探针能够向控制单元提供示踪销和/或测量探针尖端的偏转。本发明的变体还规定使用仅适用于开关测量的测量探针。此外，可以通过以下问题来区分测量探针：测量探针是否仅可以输出偏转的量(在开关探针中：开关探针是否仅可以输出是否存在接触)或倾斜方向。在此呈现的方法还可以使用无法输出倾斜方向的测量探针来执行。在下文中，将描述用于这种测量探针的方法。

在第一示例性实施例中，方法的基本顺序如下：

测量探针尖端移入齿的间隙中至指定深度(例如：轮廓的中心)。

随后，c轴线(工件旋转轴线)旋转直到示踪销达到期望的偏转，即，优选地使得其已经达到可能偏转的一半。这种情况在图1的右侧示出。

随后，c轴线连续旋转，并且x、y和z轴线被同步横穿，以使得在已经进行完美校准的情况下，测量探针尖端在齿面上的接触点以及探针偏转的量保持相同，参见图1。测量探针尖端与齿之间的接触点在圆形路径上移动，圆形路径的中心位于齿的旋转轴线上。

在该旋转期间，在若干离散点处，特别是在尽可能多的离散点处，在c角旋转期间记录示踪销的偏转。

对另一侧面重复该过程，以使得获得左侧面上的点的偏转记录和右侧面上的点的偏转记录。此类记录的示例在图2中针对左侧面(曲线21)示出，并且在图3中针对右侧面(曲线31)示出。

如果已经进行完美的校准，并且测量探针和机器轴线两者没有误差，则两个侧面的所有c位置的记录的探针的偏转各自在相应的探针起始偏转下是恒定的。测量探针尖端对两个侧面的接触点保持不变。

如果未进行完美的校准，则在测量(42)开始时测量探针尖端在侧面上的实际接触点与计算出的接触点(41)不对应。当达到示踪销的期望偏转时，在测量开始时假设的计算出的c角因此无法精确达到。此外，当横穿计算出的运动路径(43)时，示踪销的偏转和侧面上的接触点被改变。在经由c位置绘制示踪销的偏转时，针对两个侧面各自获得一条曲线。这些曲线随后被称为偏转曲线，并且例如在图2中针对左侧面描绘并且在图3中针对右侧面描绘。通常，这些所记录的偏转曲线带有一定的噪声，这是由于测量探针和机器轴线的不准确所致。

借助于计算出的轴向路径和一系列的坐标变换，可以计算和/或模拟对于x和y方向上的指定误差和对于两个c起始位置的指定角度偏差，偏转曲线看起来是什么样。这样做时，使用先前计算的x、y和z位置，并在x和y方向上添加误差。此外，针对两个路径分别添加c角校正。随后，借助于对应的坐标变换来计算示踪销的偏转。接触点也是未知的。以这种方式，针对左侧面和右侧面上的偏转获得曲线阵列，其中x和y方向上的误差以及左侧面和右侧面上的c角校正是该曲线阵列的自由参数。

使用指示计算出的左侧面和右侧面的偏转曲线[22/32]远离所记录的右侧面和左侧面的偏转曲线[21/31]多远的距离的标准。例如，有用的标准是lp标准(或其离散形式)。通过应用补偿计算，可以从曲线阵列(以及因此x和y方向上的误差)中找到左侧面和右侧面的偏转曲线，其最接近所记录的偏转曲线。

为此，该标准的最小值通过x和y方向上的指定误差的变化和c角校正的变化来搜索。这可以经由数值优化方法(例如具有离散导数的梯度方法或牛顿方法)来实现。在图2和图3所示的曲线22和23中，来自曲线阵列的达到该最小值的那些曲线被描绘。

当不存在探针误差，并且大齿轮在右侧面和左侧面的接触点周围的环境中精确地制造时，x和y方向上的计算出的误差对应于期望的位置校正的负值，因此对应于用于校准测量探针的校正值。

可替代地，代替测量操作过程中运动的计算所基于的探针开始偏转常数，还可以使用探针偏转的指定线路。

另一方面，在第二示例性实施例中，也可以使用仅适合于开关测量的测量探针，即，通过稳固的指定偏转，测量探针从状态“无接触”切换到状态“接触”。

使用这种测量探针，过程可以类似于上述方法：

逐步交替地改变测量探针尖端的位置，并且随后旋转工件，直到形成接触。

通过横穿x、y和z轴线来实现测量探针尖端的位置的改变，以使得在已经进行完美校准的情况下，当工件旋转轴线旋转稳固指定的角度差时，测量探针尖端在齿面上的接触点保持相同。类似于上面的描述进行对应的计算。

如果未进行完美的校准，则指定角度差与探针已经形成接触之前所覆盖的角度差不对应。记录这些角度差的差值，用于c位置上的左侧面上的测量和右侧面上的测量。

现在，可以根据x和y位置中的误差以及左侧面和右侧面上的第一接触处的c角校正，针对角度差模拟曲线阵列。从中确定参数，以使得达到所测量的角度差记录的最小记录。进而从中确定校正值。

可替代地，工件也可以交替旋转，并且随后可以追踪测量探针尖端的位置，直到形成接触。在这种情况下，可以记录和评估探针已经形成接触的位置。

在本发明的方法的两个变体中，应考虑以下其他方面：

可以在校准中使用的c位置的范围受以下因素的限制：

对于指定的c角，可以计算出测量探针尖端的接触点处的齿面法线与示踪销之间的角度α_nt。当α_nt超过90°时，示踪销和进行校准的侧面可能发生碰撞。取决于测量探针，α_nt存在下限，根据所述下限，测量变得不精确。根据α_nt的范围的极限，可以计算出c范围的极限。

对于混凝土机器，对测量探针可以在x方向上横穿多远可能存在限制。这导致对c轴线可以旋转多远的限制。

可能发生示踪销与和测量相对的齿面碰撞。因此，必须选择c范围，以使得将不会发生这种情况。

对校准的c范围的所有上述限制取决于如何指定齿面与测量探针尖端之间的接触点所在的深度和/或半径。校准期间越过的c范围越大，在位置校正中将变得明显的探针误差越少。因此，可以在运动学计算之前提供计算c范围最大的半径并且因此选择合适的半径的步骤。

当确定对于x和y方向上的指定误差和对于两个c起始位置的指定角度偏差的偏转曲线看起来是什么样时，还计算侧面上的接触点如何变化(43)，并且必须假设给定的齿被精确地生产。位置误差越大，测量探针尖端对侧面的接触点的移动越大。在计算出的接触点周围的环境中越精确地生产齿，计算出的校准校正越好。

因此，在可能的实施例中，先前的步骤可以包括通过追踪待检查的侧面或侧面的轮廓，在侧面上的测量点周围的小环境中搜索侧面的容差的变化尽可能小的点。

取决于齿的种类和测量探针的构造，其可移动部分的变化可以通过一系列坐标变换(51-54)来描绘，如图5所示：

根据齿的种类和要进行测量的期望半径(55)，确定测量探针的接触点。(例如，经由圆渐开线的方程式)(变换51)

根据c位置(56)，接触点旋转。(变换52)

通过在齿面的法向矢量的方向上围绕测量探针尖端的半径的位移，从接触点开始到达测量探针尖端的中心。(变换53)

取决于测量探针的构造，可以确定其上安装测量探针(57)的x、y和z轴线将如何横穿，以使得示踪销的偏转(58)是期望的偏转，并且测量探针尖端具有期望的位置。(变换54)

现在对图6所示的混凝土测量探针进行更详细的分析：

示踪销(62)靠在平面齿轮(63)上。在示踪销偏转时，平面齿轮在背离触摸的侧面上向上倾斜(参见图6，右图)。在下文中，发生这种倾斜的平面将被称为反冲平面。在图6的右图中，这是图像平面。反冲平面的对准和支点(64)取决于偏转的方向。

相关联的变换由从测量球体中心到依赖于倾斜方向的支点的位移和朝向平面齿轮的中心(示踪销的安装点)的另一个位移组成。

测量探针被构造成使得弹簧始终将示踪销推回，以使得示踪销偏转得尽可能小。这导致在接触点处的扫描表面上的法向矢量垂直于反冲平面的法向矢量的附加条件。

这导致在计算运动路径时且在计算给定位置误差的偏转时都必须求解的另一个方程式。

因此，在运动路径的计算中，每个c位置都有4个方程式(来自坐标变换的3个方程式和附加条件)和4个未知数：x、y和z位置以及倾斜方向。

在给定位置误差的偏转的计算中，每个c位置具有相同的4个方程式，并根据齿面上的接触点的两个表面参数化坐标、倾斜方向和示踪销的偏转进行求解。