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TW201313380A - 機床、量測工件直徑的方法及其控制程序 - Google Patents

機床、量測工件直徑的方法及其控制程序 Download PDF

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TW201313380A
TW201313380A TW101135273A TW101135273A TW201313380A TW 201313380 A TW201313380 A TW 201313380A TW 101135273 A TW101135273 A TW 101135273A TW 101135273 A TW101135273 A TW 101135273A TW 201313380 A TW201313380 A TW 201313380A
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Fred Gaegauf
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Studer Ag Fritz
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Abstract

本發明係有關於一種尤為研磨機床的機床以及一種在尤為研磨機床的機床中量測工件，特別是量測工件直徑的方法，該機床具有工件支架、工具單元、量測設備及控制設備，控設備可與量測設備及工具單元連接，其中量測設備承載於工具單元上，量測設備具有至少兩個測頭，其中該等至少兩個測頭在量測設置時具有彼此之間的基礎間距，該基礎間距界定量測區域，其中基礎間距應大於已知之基準尺寸，控制設備被設計為，於至少兩個測頭上採集探測值，採集工具單元之實際位置，根據接觸工件時工具單元之移動行程，再參照基準尺寸及/或基礎間距，測定實際間距，尤為測定實際直徑。

Description

機床、量測工件直徑的方法及其控制程序
本發明係有關於一種研磨機床的機床，其具有工件支架、工具單元、量測設備以及控制設備，該控制設備可與量測設備及工具單元連接。本發明還涉及一種在研磨機床的機床中量測工件，特別是量測工件直徑的方法。
當前技術中機床為已知，尤為研磨機床。舉例而言，因此，例如圓磨床可具有軸對稱之工件，如砂輪，其可以適當方式與工件共同來降低材料損耗。圓磨床可以例如用於外圓磨、內圓磨、深磨或斜深磨。除砂輪外，在圓磨時原則上還需使用砂帶。若可以適當方式驅動工件支架及工具單元使其彼此相對移動，則亦可加工除軸對稱區域以外之偏心建構的工件區域。以此方式可以加工或研磨凸輪軸、曲軸或具有偏心幾何形狀之類似工件。
待加工之工件可置於工件支架之兩個尖端之間或位於工件之間的一側。此外還已知所謂的無尖端研磨，此種研磨不將研磨機床中的工件置於尖端之間，而將其藉由支承軌、控制盤、導引輪或類似部件來承載或導引。
DE 10 2009 042 252 A1公佈了一種研磨機床，其具有量測裝置，該量測裝置用於在加工過程中對試樣進行同進程量測。因此，量測裝置具有量測頭，其藉由一導桿可旋轉地與量測裝置之底座相連。量測頭具有可移動之測頭，測頭與量測稜鏡相連，測頭用於測定試樣之直徑或圓度。導桿應設計為，可至少藉由一特定區域來實施試樣之運動，例如曲軸之曲柄銷圍繞其旋轉軸之轉動。
以此方式基本可於研磨加工時對偏心佈置的柱面區域至少部分地進行同進程量測。此量測可與研磨加工同時進行。量測裝置具有複雜的結構。導桿之製造成本及使用成本高昂。
所謂的同進程量測，即於研磨加工過程中的量測，可支持高精密之加工過程以及提高產品質量與生產安全性。因此，通常需要為了每個待量測之工件尺寸，即每個直徑，提供一由期望出現之尺寸而確定之量測頭。其可為上面裝有兩個可調節之測頭的專用量測頭，該等兩個測頭之間具有相互間距，此間距為期望出現之距離。測頭應與待檢測之尺寸高度近似以及受到適當調校。
DE 196 16 353 A1中介紹了這種同進程量測頭。其缺陷在於，為了使量測頭使用於不同時使用目的而必需之佈置成本及調校或校準成本過高。尤為在進行單個、小批量及中批量處理時，佈置量測頭所需時間較長。
於此背景下，DE 10 2009 042 252 A1公開了一種量測設備，其量測精度高於同進程量測。從屬之量測頭具有一測頭及量測稜鏡，兩者皆有大量傳動桿之桿件與一絕對尺寸基準物相連。全部偏差可沿傳動桿之運動鏈條之單個元件的全部偏差會影響到量測頭相對於測試件的位置。這種方式尤其於部分量測偏心工件時存在缺陷。量測頭相對於測試件之位置，即相對於測試件之角度位置，會存在誤差。
於此背景下，本發明之目的在於，提供一種尤為研磨機床的機床，其在投入較小之情況下即可對工件進行高精度且高度靈活之量測，其僅藉由量測設置即可進行多種量 測。此外涉及一種工件量測方法，尤為工件直徑量測方法，該方法可實施於機床中。
按照本發明，本發明目的藉由一種尤為研磨機床機床而達成，其具有：一工件支架，其具有至少一用於承載工件的工件夾具，一工具單元，其具有尤為研磨頭的工具軸，工具軸承載及驅動工具，工具尤為至少一砂輪，其中工具單元可沿進給軸向工件方向移動，一承載於工具單元上之量測設備，其中量測設備具有至少兩個測頭，其中該等至少兩個測頭在量測設置時具有彼此之間的基礎間距，該基礎間距界定量測區域，其中基礎間距應大於已知之基準尺寸，以及一控制設備，其可與量測設備及工具單元連接，其中控制設備被設計為，於至少兩個測頭上採集探測值，採集工具單元沿進給軸之實際位置，根據至少兩個測頭接觸被置入量測區域中之工件時工具單元之移動行程，再參照基準尺寸及/或基礎間距，測定實際間距，尤為測定實際直徑。
本發明之目的藉由此方式完全達成。
按照本發明，量測頭相對於待量測工件之期望尺寸之間存在一「過量」，該過量與量測時被補償。量測工件直徑時，兩個測頭之第一測頭首先藉由承載量測設備之工具單元的移動而言進給軸移動，直至可實行量測。接下來，工件單元相應地沿進給軸移動，工件從而於對面側被兩個觸頭之第二觸頭接觸。
在兩次接觸時可確定工具單元之移動行程。根據使用 已知基準尺寸而測定之基礎間距可以簡單方式測定實際間距。
以此方式機床可以尤為有利地設計為，可實施對元件之絕對量測與相對量測相結合的量測。機床方面之不準確性，例如由於運轉時溫度升高而造成之形變或類似情況，通常可僅藉由接觸時工具單元沿進給軸之兩個據對實際位置之相對距離計入量測結果。量測誤差小。
機床方面之影響因素無法顯著影響到量測頭自身，尤為至少兩個測頭之間之基礎間距。相對於必須將量測頭高度精確調節至預期尺寸的同進程量測，量測之靈活性明顯提高。因此，在單個件、小批量或中批量生產時均可藉由少量投耗而確保良好質量。尤其在這種應用形式中，量測所需時間無關緊要，即砂輪不嚙合之時間。
亦可將採集實際位置之功能用於測定移動行程。移動行程可以等同於與工具單元於接觸時沿進給軸之兩個實際位置之間的間距。實際位置可以為絕對值或相對值。
已知之純量測頭通常具有至少兩個複雜之量測室，一觸頭分別從屬於該等量測室。由於結構原因，觸頭可移動地佈置，其例如實施為剪刀狀或可相對移動且基本彼此平行佈置的邊翼。因此，純量測頭通常成本很高。重量安裝尺寸都很大。由於成本高昂，在多種應用形式中不選用純量測頭作為量測構件。測頭必須彼此運動佈置之純量測頭的複雜結構往往會降低量測精確度。由於其結構複雜，所以成本高昂。
與此相對，使用配備了於量測設置時其間存在固定基礎間距之至少兩個測頭的量測頭與可移動之工具單元進行 組合，可在結構消耗及成本很小的情況下提高量測精度。如上文所述，機床方面之偏差，即所謂之熱進程，僅會藉由較小之相對值(即工具單元兩個實際位置之差值)來對量測結果產生影響。依據已知基準尺寸來校準量測設備可以在一定程度上降低或消除測定基礎間距之誤差。
對於已知之同進程量測頭，若需在一夾具中將相同工件研磨為多種直徑，則需為該等直徑中之每一直徑準備適用的量測構件。
具有「過量」之量測頭可支持在製備時檢查直徑，而無須將工件從夾具上鬆開。因此，亦可在成本投入和結構空間均很小之情況下實現基本相同之精確度。
概念「置入」可理解為相對性的。將工件置入量測設備之至少兩個測頭之間的量測區域亦可以為，將測頭向工件移動。
至少兩個測頭可設計為觸感測頭或無接觸式量測之測頭。
根據本發明另一設計方案，量測設備具有承載至少兩個測頭的量測頭，其中量測頭為可偏轉式，藉由偏轉將工件置入量測區域。
量測頭因此可藉由簡單旋轉運動向工件方向移動，從而實施接觸。此處可藉由一線性驅動機來實現，例如為液壓氣缸。可旋轉性可防止相撞，例如避免在研磨加工時由於工具單元移動而造成之相撞。
除此選裝裝置外，通常無需再為量測設備配備其他單獨之驅動設備。
量測頭可設計為U形。第一及第二測頭在此可構成U形邊翼。U形內部空間可以界定量測區域。
按照本發明之另一觀點，量測設備具有連接傳動機構，其可實現於量測位置與嚙合脫開位置之間的旋轉。
連接傳動機構可採取極其節省空間之設計。藉由連接傳動結構可以定義兩個終點位置，及量測位置及嚙合脫開位置。尤其可藉由具有高度可重複性之結構性措施來轉化量測位置，例如制動器或類似設備。
若於連接傳動機構中藉由機械措施界定量測位置及嚙合脫開位置，則可選擇一簡單之驅動元件或調控元件來驅動量測設備。從而可避免使用用於連接傳動機構之高成本的控制設備。
亦可使用具有特定旋轉區域之旋轉接頭或與可控制之電動機相連之旋臂來替代連接傳動機構。其優點在於，電動機具有準確之定位精度。
根據另一設計，基礎間距與實際間距之比值約為最大2：1，較佳為最大1.5：1，更佳為最大1.2：1，更佳為最大1.1：1。
基礎間距與實際間距之比值越小，對測定實際間距之機床方面影響就越小。
與之相對，基礎間距與實際間距之比值大時，量測設備可具有更高之適用性。量測頭可適於測定各種數值不同之實際間距，尤為實際直徑。機床方面影響通常僅會影響移動行程，即基礎間距與實際間距之間的差值。
藉由沿進給軸移動工具單元，對總兩側接觸承載於工 具支架上之基準尺寸，以及參考工具單元之移動行程，可測定基礎間距。
在基礎間距與實際間距之比值小時，基礎間距之測定精度高。若基準尺寸幾乎等同於基礎間距，僅略小於其，則精確度最高。
根據另一設計，至少兩個測頭中之至少一者可在一比例範圍內偏轉，其中控制設備被設計為，採集至少一測頭之偏轉量。
為此，至少一測頭可配備用於採集偏轉量的計程器。計程器可為電感計程器、電容計程器或電位計。亦可使用其他原理來採集偏轉量。亦可藉由應變儀來採集偏轉量。亦可使用壓電元件。
可偏轉之測頭可支持多次至少於比例範圍內進行高精度之位置測定。
在測定實際間距時可參考至少一測頭之偏轉量。從而可以識別及補償工具單元移動至接觸工具時的純機床方面影響量。在已知至少一測頭之偏轉量的情況下，可修正工具單元之移動行程。
根據本發明之一改進方案，工件可承載於工件軸上，工件軸可選擇性地圍繞工件軸中心線旋轉，其中工件軸中心線較佳垂直於進給軸佈置，以及其中工具軸較佳具有一工具軸中心線，其平行於工件軸中性線佈置。
採取上述設計之工件軸可稱為C軸。可控制之C軸支持對沿工件周身之各個位置上的實際距離進行目的明確之量測。
在使用至少一可偏轉之測頭時可拓寬兩側設備之應用範圍。若將其與可選擇性地圍繞自身工件軸中心線傳動之工件軸配合使用，即C軸，則可測定工件之橢圓度。從而亦可檢測形狀公差。
根據另一改進方案，工具單元可平行於工件軸中心線相對於工件相對移動。
藉此方式可測定工件上大量同位軸向位置點之實際間距。
根據另一觀點，將控制設備設計為，在發生關聯運動時工具單元選擇性地沿進給軸移動，而工件軸選擇性的圍繞工件軸中心線傳動。
這種關聯運動支持對偏心幾何形進行測定，例如曲軸之曲柄銷、凸輪軸之凸輪面或其他非圓體。
亦可藉由兩個測頭沿旋轉之偏心工件之特定位置來自兩側接觸工件，從而採集實際間距。作為補充或備用方案，藉由可偏轉之測頭亦可附加地採集表面精度，其達成條件為，工具單元進行移動，使測頭至少部分地在工件旋轉時緊貼於工件上。
根據另一觀點，將控制設備設計為，在發生關聯運動時工具單元還選擇性地平行於工件軸中心線移動。
因此，除限制於工件軸向為支點上之圓度公差外，亦可測定柱形偏差。為此，工具單元可藉由量測設備於量測時軸向沿工件移動。例如可沿工件上之螺旋道來實施接觸。
工件單元可具有十字台或承載於十字台上，十字台具有用於進給軸以及與工件軸中心線相對(例如為平行)運 動之導引件。工具單元亦可採取其他設備或其他導引方式。原則上十字台上無需兩個導引件。工具單元可承載於進給軸之導引件上。工具單元平行於工件軸中心線之運動在此原則上亦可藉由承載之工件相對於工具單元之相對運動而實現。其他設計亦可行。
根據本發明之另一觀點，將控制設備設計為，工具單元與量測設備選擇性地於快速運行狀態或探測運行狀態中移動。
從而可藉由提高移動速度以及生產安全性來節省時間。在探測運行狀態下，即特慢速度運行狀態下，工具單元會突然停止。其實現方式為，測頭髮出以下信號，兩個測頭之中的至少一者以特定之接觸力接觸工件。於此相反，不會發生碰撞危險之進給運動可以高速度進行。
根據另一設計方案，將控制設備設計為，根據工件之實際間距，尤其為工件之實際直徑，在一後繼之加工過程中選擇性的驅動或位移工具單元及工具。
藉此可於工件量測過程中測定一修正值，在後繼加工中應將該修正值作為參考依據。從而可以將工件一件一件地藉由相互量測及修正來有效地達到所需之最終尺寸。根據修正值，控制設備可目標明確地進給工件單元以及限制性地驅動工具。
根據另一觀點，控制設備與工具單元之定位器相連，於定位器上可採集工具單元之實際位置。
定位器可與遞增式絕對式食物量具相連，該實物量具可高精度地採集工具單元於進給軸上的實際位置。藉由比較工具單元之各實際位置，可高精度地確定移動行程。
本發明目的還藉由一種在尤為研磨機床的機床中量測工件，特別是量測工件直徑的方法而達成，其具有以下步驟：準備一量測設備，其可沿進給軸相對於工件相對移動，其中量測設備較佳承載於工具單元上，其中量測設備具有至少兩個測頭，設定至少兩個測頭之間的基礎間距，基礎間距必須大於已知之基準幾何形之基準尺寸，基礎間距界定一量測區域，將基準幾何形承載於機床上，將基準尺寸置入量測區域，量測設備相對於基準幾何形相對移動，量測設備藉由測頭接觸基準尺寸，同時測定量測設備之實際位置，從而測定量測設備之移動行程，以及參考基準尺寸及接觸時量測設備之實際位置來測定基礎間距。
置入步驟亦可藉由基準幾何形之基準尺寸與量測設備之間的相對運動來實現。
使用該方法可以簡單方式對量測設備進行校準或校正。因此，量測設備可使用至少兩個測頭來量測大量被導入量測區域之工件幾何形。
該方法亦可由以下步驟加以改進：將工件承載於機床上，將工件之量測幾何形置入量測區域， 藉由測頭接觸工件之量測幾何形，同時測定量測設備之移動行程，以及參考基礎間距及接觸時量測設備之移動行程來測定量測幾何形之實際間距。
依據已知之基準尺寸來校準量測設備一次後，可使用量測設備進行多次量測。量測可植入製備過程之中，製備過程中例如會對僅被夾緊一次之工件進行粗加工、精加工機最終加工。
量測設備之實際位置可以用以測定量測設備之移動行程，該實際位置可以理解為絕對位置或參照實物量具的相對位置。在測定實際間距是可以測定量測設備之相對或絕對一定行程。
本方法尤其藉由上文觀點所述之機床來實施。本發明亦可根據上文所述機床之一或多個觀點來改進。
本發明目的還具有程序編碼之機器控制程序而達成，其採取如下設計，若機器控制程序對控制設備操作，則該機器控制程序開動控制設備，控制設備實施根據上文所述觀點中之一者之方法的步驟。
本發明並非僅限於上文所述及下文所述之特徵以及所示之配合使用形式，亦可不局限於本發明之框架以內，採取其他配合使用形式或單獨使用。
圖1為按照本發明之機床10的示意圖。
機床10在此建構為研磨機床。機床10具有機台12，其可設計為支架的一部分。工件支架14位於機台12並在 其上滑動。工件之間14具有配備工件軸16的工件主軸承。尾座18從屬於工件軸16。工件可置於工件軸16與尾座18之間(圖1中未顯示)。
工件軸16具有一工件軸中心線20，工件可圍繞此中心線旋轉，參見標號為24的箭頭。工件軸中心線20亦可用C軸來標示。C軸可支持承載於工件支架14上的工件進行有目的之、受控制之旋轉。箭頭22表示沿著所謂之Z軸的移動方向，參見圖2。工件與加工工具之間的相對運動可沿Z軸進行。因此，工件、工具單獨沿Z軸移動，或連著共同沿Z軸移動。Z軸平行於工件軸中心線20或與其疊合。
機床10之機台12上還放有工具單元28。工具單元28可具有工具台29。工具台29可以設計為十字台。其他設計亦可。工具單元28具有工具軸30，其在此設計為研磨頭。工具軸30上承載著工具32，此處為砂輪。工具32可以藉由工具軸30圍繞工具軸中心線34進行旋轉，參見箭頭36.圖1中僅顯示了工具32的一部分。工具單元28還具有覆蓋工具32主體部分的罩蓋38。
若工具單元28具有十字台形的工具台29，則工具軸30可沿箭頭40相對於工件支架14移動。箭頭40亦可從屬於Z軸，參見圖2。若工件支架14於加工工件時不沿箭頭22縱向移動，則工件與工具32之間的相對運動可藉由工件軸30及位於其上之工具32沿箭頭40移動來實現。
箭頭42表示從屬於X軸的進給方向，亦參見圖2。工具32可沿X軸向工件方向進給，從而與其接觸。X軸亦可標示為進給軸，參見圖2中的進給軸70。可藉由工具台29及/或機台12之適當之導引構建來實現沿X軸或進給軸70 的運動。
舉例而言，圖1中工具單元28還具有B軸44。圖1中B軸44垂直於視圖平面。B軸44可使工具軸30實現旋轉，參照旋轉箭頭46。B軸44可允許在工具單元28上為大量帶工具32的工具軸30。在需要時可藉由旋轉B軸44來向加工位置輸送工具軸。從而可以藉由工具32使用不同之研磨材料來實現靈活加工。因此，無須特別耗費即可使用於粗加工、精加工或最終加工的不同砂輪與工件接觸。B軸44從屬於Z軸，參見箭頭22及40，或從屬於X軸，參見箭頭42，其亦可採取不同於圖1之設計。舉例而言，B軸44亦可平行於工件軸中心線20或工具軸中心線34佈置。此類設計中亦可於懸架上承載其他工具，懸架位於工具軸30上，為了使其他工具圍繞工具軸中心線34旋轉，懸架可向工件方向旋轉(圖1中未顯示)。
機床10當然亦可不設置B軸44，其尤其適用於僅設有一工具軸30之情況。
工具軸30上佈置有量測設備48，亦參見圖2。量測設備48具有量測頭50。箭頭52表示量測設備48與量測頭50可旋轉地佈置於工具軸30上。
機床10還具有控制設備56，其尤其設計為，對工件支架14與工件軸16、工具單元28與工具軸30、工具32以及可能存在之B軸44或工件軸中心線20的推進或位移進行有目的地控制。可沿X軸或Z軸進行運動。控制設備56亦可設計為，自機床10之部件獲取運行參數，例如位置參數。控制設備56可具有測定單元、分析單元以及控制單元。
圖2中為了清楚說明機床10之X、Y、Z軸描繪了一 坐標系58。此處所示之軸與方向僅用於說明目的，並非公開件限定之內容。此外，機床10之部件的運動原則上可以彼此相對進行。換言之，若第一元件應向第二元件移動，則要麼第一元件進行運動，要麼第二元件進行運動。兩個元件亦可同時運動。
圖2中工件夾緊裝置60位於工件支架14之工具軸16上，其基本可設計為夾盤。清楚起見，圖2中捨棄了機床10之部分部件。例如未顯示尾座18。對於短工件而言，將其單側承載於工件夾緊裝置60上即可。與此相對，尤為長及/或壁薄之工件可於工件軸16及尾座18旁額外德藉由至少一中間支承的背撐(未顯示)來支承，參見圖1。
量測設備48具有旋轉組裝件，其可設計為連接傳動機構64。量測設備48位於工具軸30上，其可與工具軸共同沿進給軸70移動。進給軸70為X軸或平行於X軸佈置。箭頭42表示從屬的往復運動。
圖2中量測設備48位於量測位置。在量測位置上，測具有第一測頭66及第二測頭68的量測頭50向工件軸中心線20區域移動或旋轉。
圖3a及圖3b中展示了量測設備48之範例結構。量測設備48具有旋轉機構，其由連接傳動機構64來實現。連接傳動機構64在此實施為雙搖桿。亦可使用其他可實現量測設備48之旋轉功能的機構。
連接傳動機構64具有兩個設計為搖桿的連接部分72a、72b。搖桿72a、72b可旋轉地佈置於工具軸30上，參見圖2。72a、72b分別與設計為連接桿的連接部分74a、74b相連。圖3a及圖3b所示之長度比例下，對於搖桿72a、 72b以及連接桿74a、74b而言，在旋轉時(參見箭頭52)均可實現彼此平行導引。其他長度比例亦可。
連接桿74a、74b在其前端區域與懸架76相連。懸架76藉由一旋轉接頭與連接桿74a相連。連接桿74b藉由一縱向槽與懸架76相連。
連接傳動機構64之設計可滿足特殊的結構空間要求。尤為相對於純粹之搖臂，其在結構空間方面具有顯著優勢。亦可藉由其他形式來實現量測設備48之旋轉。
圖3a顯示了一與搖桿72b相連之調整氣缸77。調整氣缸77駛出時連接傳動機構64可旋轉。亦可使用其他驅動構件。
圖3b所示圖形與圖2所示之量測位置相符。與之相反，圖3a所示則為量測設備48之嚙合脫開位置。在如圖3b之量測位置上，量測頭50可藉由第一測頭66及第二測頭68包圍工件，從而進行相互觸碰。測頭66、68界定一量測區域78，該測定區域可確定待測工件或工件之待測部分之最大值。
圖4中示例性顯示了如何與量測之前校準配備兩個測頭66、68的量測設備48之量測頭50。為此將一已知基準幾何形82導入量測區域78，例如試樣。具有基準幾何形82之試樣可置於機床10之工件支架14上。可藉由旋轉量測設備48來將試樣置入量測區域78。
試樣之基準幾何形82具有已知之基準尺寸84。為了校準或校正量測頭50，基準尺寸84或基準幾何形82與第一測頭66及第二測頭68相互側面接觸。工具軸30從屬之運動由箭頭42a、42b來表示，參見圖2。量測頭50例如藉由 旋轉組裝件64及工具軸30與定位器92及尺寸體現器90相連，尺寸體現器用於描述工具單元28沿進給軸70之實際位置。
以此方式可於基準幾何形82與第一觸頭66及第二觸頭68接觸式測定從屬之實際位置。以簡單之方式即可自此實際位置與已知基準尺寸84之間的距離來測定基礎間距86。基礎間距86可以作為所有之後進行之工件測定的基礎。有定位器92採集之位置數據可輸送至控制設備56用於分析。亦可使用其他方式測定位置。定位器92可設計為感應同步器或絕對值同步器。此外亦可使用光學、電感、電容或磁力量測原理。
圖4所示之箭頭88還表示，第二測頭68可設計為可發生一定量之偏轉。測頭68此處之偏轉量亦可測定並傳輸至控制設備56。第一測頭66亦可採取相同設計。在校準過程中觸及基準幾何形82時，可對第一測頭66及第二測頭68在其中間位置上(及無實際偏轉)進行校準。為此，工具軸30沿進給軸70之實際位置可能發生改變，直至由測頭66、68發射之位置信號基本為零。在此中間位置上第一及第二測頭66、68之所謂的量測範圍被清零。
以下量測中，除工具軸30沿進給軸70之實際位置以外，在觸及時還需慮及第一測頭66或第二測頭68之偏轉量，以測定精確之距離。
圖5a及圖5b中示例性展示了工件96直徑之測定。圖5a中量測頭50之第一測頭66緊貼於工件96上。接下來工具軸30移動，量測頭50亦從而移動，第二測頭68從而於對面一側緊貼於工件96上。工具軸30之移動行程由箭頭 98表示。在已知基礎間距86(參見圖4)以及移動行程98之情況下，可以簡單方式測定工件96之實際間距100，尤為可測定實際直徑。
圖4中箭頭88所示之測頭68或測頭66的偏轉量可得出修正係數，測定實際間距100時需慮及此修正係數。
備用方式為，在第一測頭66或第二測頭68發生接觸時工具軸30移動，直至由測頭66、68發射中間位置之信號，及無偏轉或幾乎無偏轉。
測定實際間距100時，機器端之影響因素(即機床10之熱進程)原則上僅會在移動行程98較小時影響量測結果。基礎間距86與基準距離84之間的差值為「過量」，藉由此「過量」可量測大量尺寸各異之不同工件96。
圖6a及圖6b中展示了與圖5a及圖5b基本相似之量測過程。以不同之進給速度來接觸工件96。其優點在於，首先在急速運行或快速運行狀態下將測頭66輸送至一預先位置，在該預先位置上測頭尚未觸及工件96。為了避免量測頭50或工件96受損，自預先位置開始，接下來的進給均在量測運行狀態下進行，直至測頭66'觸及工件96。
藉由在快速運行過程中將測頭68輸送至預先位置，亦可以同樣方式實頭68之接觸。自預先位置開始，接下來的進給均在緩慢的量測運行狀態下進行，參見箭頭102a。測頭88'觸及工件96。
以移動行程98以及基礎間距86為基礎，可以測定工件96之實際間距。
圖7顯示了量測頭50之其他應用方式。圖7中待檢測 工件96具有形狀偏差104。此處可涉及圓度偏差或柱體形狀偏差，參見以106a及106b來標示之公差符號。測頭66可偏轉，其因此可在工件96旋轉時圍繞工件軸中心線20持續或間斷性地採集形狀偏差104。此處較佳做法為，若測頭66具有較大之比例範圍，則可採集較大之偏差。
柱體形狀公差值採集方式可為，若承載量測設備48之工具軸30在圍繞工件96時平行於工件軸中心線20沿Z軸位移。例如可沿一螺旋道接觸柱體面。藉此方式可「掃描」工件96。
圖8中工件96之設計為，圍繞工件軸中心線20的一偏心部分圍繞中心部分108旋轉。若控制設備56設計為，沿X軸，即沿進給軸70，驅動工具軸30，同時驅動工件96圍繞所謂之C軸旋轉，C軸在此與工件軸中心線20一同下落，則可對這種至少部分偏心建構之工件96進行量測。期待運動第一測頭66於工件96之觸點所發生的連接運動可於工件96旋轉式時實現。以此方式原則上亦可測定圓度公差或柱體形狀公差。亦可部分地驅動偏心工件96，藉由兩個測頭66、68如圖5a、圖5b或圖6a、圖6b所示一般測定實際間距及實際直徑。
圖9顯示了可由機床10實施之工具量測方法的各步驟。
方法可以具有一可包括校準或校正過程之開始模塊130。
於步驟132中提供試樣之基準尺寸，將其引入量測區域。藉由旋轉量測設備來將其引入。
在後繼步驟134中，可使用第一測頭來對基準尺寸進 行第一接觸。可藉由步驟136及步驟138來結束第一接觸134。步驟136可包括電子校準第一測頭之量測範圍。步驟138可包含測定沿X軸或進給軸之實際位置。
接下來可進行步驟140，其包括藉由第二測頭進行第二接觸。第二接觸步驟140可包括步驟142、144，該等兩個步驟可結束步驟140。步驟142可包括電子校準第二測頭之量測範圍。步驟144可包含測定沿X軸或進給軸之第二實際位置。
在後繼步驟146中，可根據測定值以及已知之基準尺寸來測定基礎間距，該基礎間距可作為其他量測之基礎。步驟148結束校準及校正。
標號為150之模塊表示在應用已測定值基礎間距之情況下量測工件。
第一步驟152中，置入一待量測之工件，並藉由旋轉量測設備將其送至量測區域。
在選用性步驟154中，可以以一第一進給速度移至預先位置。在後繼步驟156中可移至第一量測位置，第一測頭於此位置可接觸工件。可以以一第二進給速度來移至第二預先位置。在後繼步驟158中記錄藉由第一接觸得到的位置數值。
在後繼之選用性步驟160中，可以以一第一進給速度移至第二預先位置。後繼步驟162包括移至第二預先位置，第二觸頭於此位置可接觸工件96。可以以一第二進給速度來移至第二預先位置。在後繼步驟164中記錄藉由第二接觸得到的位置數值。
步驟166包括第一接觸及第二接觸，步驟166中根據已得數據以及基礎間距來測定實際間距。量測過程由步驟168來結束，其亦可包括旋轉量測設備。
箭頭170表示，在一次校正之後可進行多次量測。因此，可測定處於量測方位內的不同實際間距。
所述之方法步驟可以為機床控制程序之內容。
X‧‧‧X軸
Y‧‧‧Y軸
Z‧‧‧Z軸
10‧‧‧機床
12‧‧‧機台
14‧‧‧工件支架
16‧‧‧工件軸
18‧‧‧尾座
20‧‧‧工件軸中心線
22‧‧‧箭頭
24‧‧‧箭頭
28‧‧‧工具單元
29‧‧‧工具台
30‧‧‧工具軸
32‧‧‧工具
34‧‧‧工具軸中心線
36‧‧‧箭頭
38‧‧‧罩蓋
40‧‧‧箭頭
42‧‧‧箭頭
42a‧‧‧箭頭
42b‧‧‧箭頭
44‧‧‧B軸
46‧‧‧旋轉箭頭
48‧‧‧量測設備
50‧‧‧量測頭
50’‧‧‧量測頭
52‧‧‧箭頭
56‧‧‧控制設備
58‧‧‧坐標系
60‧‧‧工件夾緊裝置
64‧‧‧連接傳動機構
66‧‧‧第一測頭
66'‧‧‧測頭
68‧‧‧第二測頭
70‧‧‧進給軸
72a‧‧‧搖桿
72b‧‧‧搖桿
74a‧‧‧連接部分
74b‧‧‧連接部分
76‧‧‧懸架
78‧‧‧量測區域
82‧‧‧基準幾何形
84‧‧‧基準尺寸
86‧‧‧基礎間距
88‧‧‧箭頭
90‧‧‧尺寸體現器
92‧‧‧定位器
96‧‧‧工件
98‧‧‧移動行程
100‧‧‧實際間距
102a‧‧‧箭頭
104‧‧‧形狀偏差
106a‧‧‧公差符號
106b‧‧‧公差符號
108‧‧‧中心部分
130‧‧‧開始模塊
132‧‧‧步驟
134‧‧‧步驟
136‧‧‧步驟
138‧‧‧步驟
140‧‧‧步驟
142‧‧‧步驟
144‧‧‧步驟
146‧‧‧步驟
148‧‧‧步驟
150‧‧‧模塊
152‧‧‧第一步驟
154‧‧‧選用性步驟
156‧‧‧後繼步驟
158‧‧‧後繼步驟
160‧‧‧選用性步驟
162‧‧‧後繼步驟
164‧‧‧後繼步驟
166‧‧‧步驟
168‧‧‧步驟
170‧‧‧箭頭
上文藉助附圖中本發明之較佳實施例進一步描述本發明之特徵及優點。附圖中：圖1為按照本發明之機床的俯視圖；圖2為按照本發明之如圖1之機床的透視圖；圖3a、圖3b為如圖2之機床量測時處於嚙合脫開位置以及量測位置時的側視圖；圖4為量測頭及參考工件之簡易視圖；圖5a、圖5b為如圖4之量測頭的不同位置觸及工件；圖6a、圖6b為如圖4之量測頭的不同位置觸及工件，此處相對於圖5a、圖5b進行了修改性的調控；圖7為如圖4之量測頭測定工件之形狀公差時的視圖；圖8為如圖4之量測頭觸及偏心環繞之工件的視圖；以及圖9為校準量測設備之方法的流程圖及量測工件之方法的流程圖。
X‧‧‧X軸
Y‧‧‧Y軸
Z‧‧‧Z軸
10‧‧‧機床
14‧‧‧工件支架
16‧‧‧工件軸
20‧‧‧工件軸中心線
24‧‧‧箭頭
28‧‧‧工具單元
30‧‧‧工具軸
32‧‧‧工具
34‧‧‧工具軸中心線
36‧‧‧箭頭
38‧‧‧罩蓋
42‧‧‧箭頭
48‧‧‧量測設備
50‧‧‧量測頭
52‧‧‧箭頭
58‧‧‧坐標系
60‧‧‧工件夾緊裝置
64‧‧‧連接傳動機構
66‧‧‧第一測頭
68‧‧‧第二測頭
70‧‧‧進給軸

Claims (15)

  1. 一種機床，係為研磨機床，其具有：一工件支架(14)，其具有至少一用於承載工件(96)的工件夾具(16，18)；一工具單元(28)，其具有尤為研磨頭的工具軸(30)，工具軸承載及驅動工具(32)，工具尤為至少一砂輪，其中工具單元(28)可沿進給軸(70)向工件(96)方向移動；一承載於工具單元(28)上之量測設備(48)，其中量測設備(48)具有至少兩個測頭(66，68)，其中該等至少兩個測頭(66，68)在量測設置時具有彼此之間的基礎間距(86)，該基礎間距界定量測區域(78)，其中基礎間距(86)應大於已知之基準尺寸(84)；以及一控制設備(56)，其可與量測設備(48)及工具單元(28)連接，其中控制設備(56)被設計為，於至少兩個測頭(66，68)上採集探測值，採集工具單元(28)沿進給軸(70)之實際位置，根據至少兩個測頭(66，68)接觸被置入量測區域(78)中之工件(96)時工具單元(28)之移動行程(98)，再參照基準尺寸(84)及/或基礎間距(86)，測定實際間距(100)，尤為測定實際直徑。
  2. 如申請專利範圍第1項之機床(10)，其中量測設備(48)具有一量測頭(50)，其承載至少兩個測頭(66，68)，其中量測頭(50)為可偏轉式，藉由偏轉將工件(96)置入量測區域(78)。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之機床(10)，其中量測設備(48)具有連接傳動機構(64)，其可實現於量測位置與嚙合脫開位置之間的旋轉。
  4. 如申請專利範圍第1項之機床(10)，其中基礎間距(86) 與實際間距(100)之比值約為最大2：1，較佳為最大1.5：1，更佳為最大1.2：1，更佳為最大1.1：1。
  5. 如申請專利範圍第1項之機床(10)，其中至少兩個測頭(66，68)中之至少一者(66，68)可在一比例範圍內偏轉，以及其中控制設備(56)被設計為，採集至少一測頭(66：68)之偏轉量。
  6. 如申請專利範圍第1項之機床(10)，其中工件(96)可承載於工件軸(16)上，工件軸可選擇性地圍繞工件軸中心線(20)旋轉，其中工件軸中心線(20)較佳垂直於進給軸(70)佈置，以及其中工具軸(30)較佳具有一工具軸中心線(34)，其平行於工件軸中心線(20)佈置。
  7. 如申請專利範圍第6項之機床(10)，其中工具單元(28)可平行於工件軸中心線(20)相對於工件(96)相對移動。
  8. 如申請專利範圍第6項之機床(10)，其中將控制設備(56)設計為，在發生關聯運動時工具單元(28)選擇性地沿進給軸(70)移動，而工件軸(16)選擇性地圍繞工件軸中心線(20)驅動。
  9. 如申請專利範圍第7項之機床(10)，其中將控制設備(56)設計為，在發生關聯運動時工具單元(28)還選擇性地平行於工件軸中心線(20)移動。
  10. 如申請專利範圍第1項之機床(10)，其中將控制設備(56)設計為，工具單元(28)與量測設備(48)選擇性地於快速運行狀態或探測運行狀態中移動。
  11. 如申請專利範圍第1項之機床(10)，其中將控制設備設(56)計為，根據工件(96)之實際間距(100)，尤其為工件之實際直徑，在一後繼之加工過程中選擇性地驅 動或位移工具單元(28)及工具(32)。
  12. 如申請專利範圍第1項之機床(10)，其中控制設備(56)與工具單元(28)之定位器(92)相連，於定位器上可採集工具單元(28)之實際位置。
  13. 一種在研磨機床的機床(10)中量測工件直徑的方法，其具有以下步驟：提供一量測設備(48)，其可沿進給軸(70)相對於工件(96)相對移動，其中量測設備(48)較佳承載於工具單元(28)上，其中量測設備(48)具有至少兩個測頭(66，68)；設定至少兩個測頭(66，68)之間的基礎間距(86)，基礎間距必須大於已知之基準幾何形(82)之基準尺寸(84)，基礎間距界定一量測區域(78)；將基準幾何形(82)承載於機床(10)中；將基準尺寸(84)置入量測區域(78)；量測設備(48)相對於基準幾何形(82)相對移動，量測設備藉由測頭(66，68)接觸基準尺寸(84)，同時測定量測設備(48)之實際位置，從而測定量測設備(48)之移動行程(98)，以及參考基準尺寸(84)及接觸時量測設備(48)之實際位置來測定基礎間距(86)。
  14. 如申請專利範圍第13項之方法，其還具有以下步驟：將工件(96)承載於機床(10)中，將工件(96)之量測幾何形置入量測區域(78)，藉由測頭(66，68)接觸工件(96)之量測幾何形，同時測定量測設備(48)之移動行程，以及參考基礎間距(86)及接觸時量測設備(48)之移動行程來測定量測幾何形之實際間距(100)。
  15. 一種具有程序編碼之機器控制程序，其採取如下設計，若機器控制程序對控制設備(56)操作，則該機器控制程序開動控制設備(56)，控制設備實施如申請專利範圍第13或14項之方法的步驟。
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