用于校准机器的运动轴的速度的设备的制作方法

用于校准机器的运动轴的速度的设备


背景技术：

1.用于扫描式检测测量值的测量系统是已知的。
2.一种已知的测量系统包括光学测量仪器，该光学测量仪器构造成可布置在工具或测量机器的机器轴上。借助光学测量仪器例如可以以时间顺序依次检测多个测量值。如果测量仪器在测量期间在要测量的对象上方运动，则在测量仪器运动期间可以利用测量仪器测量要测量的对象的不同部位。由此例如可产生要测量的对象的高度轮廓。
3.在该已知的测量系统中，使所产生的测量值与对象的所测量的部位、即测量坐标一致是比较耗费的。在已知的测量系统中，测量仪器在测量期间的运动速度与测量部位的确定精度相关。要越精确地确定测量部位，则测量进行得越慢，或者反之，测量越快，则测量部位的确定越不精确。


技术实现要素：

4.本发明的任务在于，提供一种用于将机器的运动轴的速度校准或标准化的替代设备。例如，通过所提出的设备，也可以执行测量系统的测量仪器的改进的校准或改进的标准化。本发明的任务尤其是提供一种改进的测量系统，其具有用于将机器的运动轴的速度校准或标准化的设备。
5.该任务通过权利要求1的特征解决。
6.在从属权利要求中给出本发明的有利的和适宜的实施方式。
7.本发明基于一种用于将机器的运动轴的速度校准或标准化的设备，其中，该机器构造为工具机或测量机器。
8.本发明的一个重要方面在于，所述设备具有测量仪器和测量结构，其中，所述测量结构具有第一测量元件和第二测量元件，其中，所述第一测量元件和第二测量元件彼此间以限定的且已知的距离存在于所述测量结构上，其中，所述测量结构构造成用于布置在所述机器的工件接收部上，其中，所述测量仪器构造成用于布置在所述机器的工具接收部上，其中，所述测量仪器构造成用于以已知的额定频率来实施测量，其中，所述设备构造成用于使得：在所述设备布置在所述机器上的状态下，当所述测量仪器在所述机器的运动轴的已知额定速度的情况下从所述第一测量元件运动至所述第二测量元件时，所述设备、尤其是所述测量仪器与相应的测量元件交互作用，或者，其中，所述设备、尤其是所述测量仪器检测相应的测量元件，并且所述设备在此分别求取交互时刻或检测时刻，其中，所述设备构造成用于从第一交互时刻或检测时刻开始直至第二交互时刻或直至第二检测时刻求取所述测量仪器的测量次数，其中，所述设备还构造成用于通过求取所述测量次数来针对所述机器的运动轴的已知额定速度求取所述测量仪器的两次不同测量之间的尤其是真实的空间距离。有利地，基于两次不同测量之间的真实的空间距离和进行测量的已知时间点，可以求取机器的运动轴的真实速度。
9.例如，机器作为cnc加工中心存在。例如，工具机构造为车削中心和/或铣削中心。有利地，工具机包括多个可相对于彼此运动的机器轴。例如，工具机构造为3轴工具机或5轴
工具机。例如，测量机器构造为坐标测量机器。
10.有利地，机器的运动轴的运动速度是恒定的。尤其是，机器的运动轴的额定速度是恒定的。例如，工件容纳部存在于机器的运动轴上。例如，工件容纳部构造在机器的机台上。也可以考虑，机台不可运动地存在。有利地，已知工具机的所有运动轴相对于彼此的相对运动。
11.机器的工具接收部有利地布置在机器的另一运动轴上，该另一运动轴有利地不同于机器的具有工件接收部的运动轴。优选地，测量仪器包括用于将测量仪器装配到工件容纳部上的安装机构。
12.优选地，可以看到测量仪器关于测量结构的运动方向和/或运动速度。相应地可以考虑，在测量期间，测量仪器相对于周围环境，例如相对于机器的周围环境位置固定地存在，测量仪器布置在该机器上，取而代之地，测量结构相对于测量仪器和/或相对于周围环境运动。也可以考虑，不仅测量仪器而且测量结构相对于彼此并且相对于周围环境运动。
13.优选地，测量仪器构造成用于与相应的测量元件相互作用。例如。测量元件和测量仪器相互影响。
14.例如，在测量时，测量仪器产生一个测量值，尤其是多个测量值。有利地，测量仪器以确定的频率、例如以确定的扫描速率产生测量值。有利地，可预给定确定的频率作为额定频率。然而，也可以考虑，预给定的额定频率偏离真实的频率，例如真实的实际频率，测量仪器以该实际频率产生测量值。
15.测量值例如作为测量仪器与测量元件或测量对象之间的空间距离存在。有利地，测量仪器在一时间区间内产生在时间上彼此间隔开的多次测量。例如，所述设备构造为在两个交互时刻之间的区间中求取测量仪器的测量次数，其中，这些交互时刻例如界定该区间并且被包含在该区间中。例如，测量值产生的频率是该区间内的测量次数与该区间的时间长度之间的比例。有利地，在区间边界上或在区间边界处的测量值对区间内的测量次数计数。额定频率以及尤其是实际频率例如在20hz与1000hz之间。
16.例如，所述设备确定两个交互时刻之间的测量仪器的测量次数。有利地，所述设备构造成用于从第一交互时刻(尤其包括第一交互时刻)开始直至第二交互时刻(尤其包括第二交互时刻)求取测量仪器的测量次数。可以考虑，所述设备精确地求取测量仪器的两次测量，在第一交互时刻求取第一测量并且在第二交互时刻求取第二测量。由此，为了求取或确定两次测量之间的空间距离，在机器的已知额定速度的情况下可以省去时间基础、例如计时器。
17.同样证明有利的是，所述设备构造成用于确定两个交互时刻之间或两个检测时刻之间的时间距离，其中，所述设备还构造成用于通过确定时间距离来针对机器的运动轴的已知额定速度求取测量仪器的两次不同测量的尤其是真实的空间距离。
18.优选地，所述设备构造成用于求取在两个交互时刻之间或在两个检测时刻之间进行的测量次数。例如，所述设备构造成用于求取从第一交互时刻直至第二交互时刻或者从第一检测时刻直至第二检测时刻进行的测量次数。有利地，所述设备构造成用于基于所求取的测量次数、两个测量元件的已知距离和所求取的两个交互时刻之间或两个检测时刻之间的时间距离来求取测量仪器的两次不同测量的空间距离。有利地，测量仪器构造成用于以恒定的时间距离、例如以已知的实际频率依次实施测量。
19.例如，所述设备构造成用于基于两个交互时刻之间或两个检测时刻之间的时间距离和两个测量元件彼此间的已知距离来求取布置在工具接收部上的测量仪器的真实运动速度，例如实际速度。有利地，所述设备构造成用于求取布置在工具接收部上的测量仪器相对于测量结构的真实运动速度。
20.此外，已证明有利的是，为了确定交互时刻或检测时刻，设置有与测量仪器不同的测量机构。可以设想，为了确定交互时刻，测量仪器不与测量元件交互作用，例如相互作用，而是为此设置有所述设备的不同于测量仪器的测量机构。
21.可以设想，测量机构构造为销状，例如构造为校准心轴。有利地，测量元件作为光栅或作为感触元件存在。例如，测量元件、例如光栅在测量仪器从第一测量元件向第二测量元件运动时探测测量仪器、尤其是测量机构，并且由此触发交互时刻或检测时刻、例如触发器。由此可以求取测量仪器或测量机构从第一测量元件到第二测量元件的真实平均速度。
22.在本发明的一种有利的构型中，测量仪器构造为非接触式工作的测量仪器。
23.测量仪器例如作为测量传感器存在。测量仪器例如构造为共焦显色的距离传感器、激光扫描器、线扫描器和/或成像测量仪器，例如ccd传感器。例如，测量仪器作为线扫描器存在。优选地，该测量仪器构造为激光三角测量扫描器。有利地，测量仪器作为扫描测量仪器存在，例如作为扫描器存在。例如，在测量期间，测量仪器逐点、逐线或逐行地产生测量值。也可以考虑，该测量仪器使用干涉测量法和/或全息测量法。
24.也可以设想，测量仪器构造为接触式、尤其是触觉式工作的测量传感器。例如，测量仪器构造成用于求取触觉式工作的测量传感器的感触元件的偏转量和/或触觉式工作的测量传感器的感触元件的力。
25.此外，已证明有利的是，测量元件作为校准球或作为光栅存在。有利地，测量元件在校准标准件上彼此间隔开地存在。也可以考虑，测量元件构造为切换元件，例如构造为开关。此外可以设想，测量元件具有ccd传感器。
26.可以考虑，测量元件作为测量对象、例如作为参考对象存在。该测量元件例如可以作为校准球存在。也可以设想，测量元件是球形的、有角的(例如矩形的)、锥形的或椭圆形的。尤其是，测量元件作为伪迹存在。例如，该伪迹被特定地与测量仪器的交互作用相协调，并且构造成用于能够求取交互时刻或检测时刻。
27.同样有利的是，所述设备构造成用于基于与校准球的交互作用来求取校准球的中心。
28.例如，当从第一测量元件向第二测量元件运动时，测量仪器检测两个测量元件，例如测量仪器测量两个测量元件。例如，测量仪器探测测量元件的表面，例如校准球的表面。有利地，测量元件的表面的几何构造对于所述设备是已知的。优选地，所述设备构造成用于将测量元件的测量值与该测量元件的已知表面拟合。由此例如可以求取测量元件的参考值。测量元件的参考值例如是校准球的球中心。有利地，该参考值形成交互时刻或检测时刻。
29.还有利的是，测量机构构造成用于布置在测量仪器上，并且测量仪器构造成用于布置测量机构。例如，测量构件与测量仪器整体式地存在。例如，测量机构包括装配机构并且测量仪器包括装配元件，用于将测量机构布置在测量仪器上。例如，存在可拧到测量仪器上的测量机构。也可以考虑，测量机构可以被卡夹、粘接或磁性地布置在测量仪器上。同样
可以设想，为了求取交互时刻或检测时刻，首先将测量机构布置在机器的工具接收部上并且在进行求取后将测量机构从工具接收部上去除并且将测量仪器布置到工具接收部上。
30.此外，有利的是，所述设备具有检控单元和存储单元，其中，所述设备将针对机器的运动轴的已知额定速度所求取的测量仪器的两次不同测量的空间距离与机器的运动轴的已知额定速度一起可读地存储在存储单元中。有利地，所述设备将针对测量仪器的已知额定速度所求取的测量仪器的两次不同测量的空间距离与测量仪器的已知额定速度一起可读地存储在存储单元中。例如，所述设备也构造成用于除了所求取的空间距离之外还存储测量仪器的真实实际速度。
31.在一个有利的修改方案中，所述设备构造成用于使得：在所述设备布置在机器上的状态下，在机器的运动轴的已知额定速度的情况下进行测量仪器的进一步测量。由于上述将测量仪器的运动轴的速度的校准或标准化，尤其是将测量仪器校准或标准化为机器的运动轴的额定速度，尤其是将测量彼此间标准化为机器的额定速度，可能的是，在额定速度下的进一步测量中利用所述设备相对精确地测量对象。
32.在所述设备的一种有利的修改方案中，所述设备的所有测量元件相同地构造。例如，所述设备的所有测量元件是相同的。例如，所述设备包括恰好两个测量元件、恰好三个测量元件或恰好四个测量元件。有利地，所有测量元件以已知的距离存在。
33.此外有利的是，所述设备具有计时器，其中，所述设备构造成用于使所述设备的计时器与机器的时钟同步。例如，所述设备包括检控单元。检控单元有利地作为计算单元存在。检控单元例如包括微控制器或微处理器。有利地，检控单元可与机器的控制单元连接。机器的控制单元例如构造为数字控制装置，例如构造为cnc(计算机化的数控装置，computerized numerical control)。有利地，检控单元构造成用于使设备的计时器与机器的时钟同步。由此，在额定速度下，可以实现机器、尤其是测量仪器的运动轴的速度的相对精确的校准或标准化。
34.在一个有利的实施变型中，在所述设备布置在机器上的状态下，所述设备构造成用于基于触发器、基于两次不同测量的所求取的空间距离以及基于机器的运动轴的已知运动方向将测量仪器的机器位置分配给所述设备的测量，其中，测量仪器在触发时间点的机器位置对于所述设备是已知的。
35.有利地，所述设备、尤其是检控单元可以与机器连接，使得测量仪器的尤其是当前的机器位置可由所述设备读取。例如，由所述设备已知机器位置的查询时间点与机器位置的接收时间点之间的时间推迟、例如延迟。
36.优选地，所述设备分派给一次测量的每个机器坐标是布置在机器上的测量仪器的机器坐标。有利的是，布置在机器上的测量仪器的机器坐标可以变换为测量对象的位置坐标，例如通过标准化来变换。有利地，测量对象的位置坐标是这样的测量部位，在该测量部位上，测量仪器测量了测量对象并且由此产生了测量。
37.还提出，所述设备将触发器或触发信号与在触发器的时间点检测到的第一测量一起存储在所述设备的存储单元中，其中，触发器与第一测量的时间关系对于所述设备是已知的。有利地，触发器与从测量仪器获得测量之间的延迟或推迟时间对于所述设备是已知的。尤其是，该延迟或该推迟是恒定的。由此能够实现将测量分配给所属的测量部位、例如机器坐标。
38.例如，在触发触发器之后，测量仪器结束测量的检测。例如，第一测量是测量检测的在时间上看最后产生的测量。例如，第一测量是测量检测的在时间上看最后由检控单元处理的测量。
39.此外提出，检控单元构造成用于通过接口将触发信号传输给机器的控制单元。由此可以控制机器的轴运动，尤其是基于触发器可以停止机器的运动轴的运动。
40.还有利的是，所述设备构造成用于从机器读取在触发器的时间点检测到的第一机器坐标、尤其是布置在机器上的测量仪器的机器坐标，其中，触发器与第一机器坐标的时间关系对于所述设备是已知的，其中，检控单元构造成用于建立第一机器坐标与第一测量之间的时间关系。由此可以实现创建要测量的测量对象的高度轮廓。
41.本发明的一个有利的实施变型是一种测量系统，其包括测量仪器和根据前述变型之一的设备。
42.本发明的另一个有利的实施方式是一种机器，尤其是工具机或测量机器，其具有根据前述变型之一所述的设备或如前所述的测量系统。
43.同样有利的是，基于第一测量与第一机器坐标的相关性，所述设备构造成用于将由测量仪器检测到的另外的测量仅通过如下方式分派给机器坐标、尤其是测量仪器的机器坐标：在测量的检测期间或在测量的检测时已知测量仪器的尤其是真实的运动速度和运动方向。由此，可以利用所述设备在相对短的测量时间内实现对测量对象的相对精确的测量。
附图说明
44.借助下面的示意性附图在说明其它细节和优点的情况下详细阐述多个实施例：
45.附图示出：
46.图1具有测量系统的机器，该测量系统具有设备，
47.图2设备的第二变型，和
48.图3设备的另一变型。
具体实施方式
49.图1示出了机器1，其具有示意性示出的外壳2、机台3、运动轴4和控制单元5。机器1例如包括存储模块6，该存储模块例如存在于控制单元5上。在机台3上例如布置有设备7。
50.在机器1上有利地布置有测量系统8。测量系统8包括测量仪器9、第一接口10、第二接口11以及例如第三接口12。此外，测量系统8例如包括发送和接收单元13。发送和接收单元13例如具有带有控制模块15的检控单元14。测量系统8还可以包括存储单元16和计时器17。
51.在根据图1的实施变型中，测量仪器8例如经由接口10、11借助信号线路18与发送和接收单元13耦合。信号线路18例如作为无线的传输通道存在。信号线路18例如构造为无线电连接或无线电通道。也可以考虑，信号线路18构造为光学连接部，例如光学线路通道。此外，发送和接收单元13借助接口12经由另一信号线路19与机器1、尤其是机器1的控制单元5连接。
52.也可以考虑，接口12构造为标准接口，例如usb接口或网络接口。例如，该接口12构造成用于通过检控单元14查询机器1的位置坐标。
53.设备7包括第一测量元件20和第二测量元件21。两个测量元件20、21有利地作为校准球存在。两个测量元件20、21例如布置在校准标准件22上。校准标准件22有利地相对长度不可变地存在，尤其关于周围环境的温度变化不可变。
54.两个测量元件20、21彼此间以已知的且恒定的距离a布置在校准标准件22上。测量元件20、21彼此间的距离a例如从穿过构造为校准球的第一测量元件20的球中心延伸的垂线延伸至穿过构造为校准球的第二测量元件21的球中心延伸的垂线。
55.有利地，为了将机器、尤其是测量仪器9的运动轴的速度标准化或校准，测量仪器9借助运动轴4尤其沿着从第一测量元件20到第二测量元件21的距离a的延伸部运动。
56.图2示出了设备23的一种变型。设备23包括校准标准件24，在该校准标准件上彼此间隔开地布置有校准球25、26。校准球25、26彼此间的距离是已知的并且有利地基于校准标准件24是相对恒定的。根据图2的设备23还包括激光三角测量扫描器27形式的测量仪器。在测量中，激光三角测量扫描器27检测在一条线中彼此相邻存在的多个测量值，其中，该线有利地横向于激光三角测量扫描器27的运动方向延伸。
57.为了用激光三角测量扫描器27进行校准，该激光三角测量扫描器27在x方向上以已知的并且有利地恒定的运动速度、尤其是已知的额定速度运动。在此，激光三角测量扫描器27检测这些校准球25、26。有利地，激光三角测量扫描器27用一次、尤其是多次测量来检测校准球25、26。由于校准球25、26的已知直径，设备23构造成用于基于测量将校准球25、26的表面与测量拟合，由此可以分别确定校准球25、26的球中心。有利地，设备23已知校准球25、26的球中心的距离。此外，设备23构造成用于确定在激光三角测量扫描器27从第一校准球25的中心运动到第二校准球26的中心期间所进行的测量次数。例如，设备23还构造成用于基于校准球25、26的球中心的已知距离和校准球25、26的球中心之间的测量的确定次数来确定两次测量之间的距离。由此，激光三角测量扫描器27可针对已知的额定速度来校准。
58.图3示出了设备28的另一变型。设备28包括第一光栅29形式的第一测量元件和第二光栅30形式的第二测量元件。第一和第二光栅29、30彼此间以限定的和已知的距离固定在校准标准件31上。校准标准件31又借助工件接收部34固定在机器33的机台32上。
59.在机器33的工具接收部35上布置有测量心轴36形式的测量机构。在设备28的该变型中求取交互时刻，其方式是，测量心轴36运动穿过光栅29、30，并且光栅29、30在此探测测量心轴36并且分别触发一个交互时刻。由此，可以求取测量心轴36或机器33的机器轴的实际平均运动速度。
60.附图标记列表
[0061]1ꢀꢀꢀ
机器
[0062]2ꢀꢀꢀ
外壳
[0063]3ꢀꢀꢀ
机台
[0064]4ꢀꢀꢀ
运动轴
[0065]5ꢀꢀꢀ
控制单元
[0066]6ꢀꢀꢀ
存储模块
[0067]7ꢀꢀꢀ
设备
[0068]8ꢀꢀꢀ
测量系统
[0069]9ꢀꢀꢀ
测量仪器
[0070]
10
ꢀꢀ
接口
[0071]
11
ꢀꢀ
接口
[0072]
12
ꢀꢀ
接口
[0073]
13
ꢀꢀ
发送和接收单元
[0074]
14
ꢀꢀ
检控单元
[0075]
15
ꢀꢀ
控制模块
[0076]
16
ꢀꢀ
存储单元
[0077]
17
ꢀꢀ
计时器
[0078]
18
ꢀꢀ
信号线路
[0079]
19
ꢀꢀ
信号线路
[0080]
20
ꢀꢀ
测量元件
[0081]
21
ꢀꢀ
测量元件
[0082]
22
ꢀꢀ
校准标准件
[0083]
23
ꢀꢀ
设备
[0084]
24
ꢀꢀ
校准标准件
[0085]
25
ꢀꢀ
校准球
[0086]
26
ꢀꢀ
校准球
[0087]
27
ꢀꢀ
激光三角测量扫描器
[0088]
28
ꢀꢀ
设备
[0089]
29
ꢀꢀ
光栅
[0090]
30
ꢀꢀ
光栅
[0091]
31
ꢀꢀ
校准标准件
[0092]
32
ꢀꢀ
机台
[0093]
33
ꢀꢀ
机器
[0094]
34
ꢀꢀ
工件接收部
[0095]
35
ꢀꢀ
工具接收部
[0096]
36
ꢀꢀ
测量心轴