[发明专利]用于测量和控制旋转驱动工具的处理单元和方法

说明书

本发明公开了用于测量和控制旋转驱动工具的处理单元，其中，该处理单元可连接到光栅布置，所述光栅布置包括光发射单元和光接收单元，其中，所述处理单元被构造为从所述光接收单元接收信号，所述信号与在第一测量位置处由旋转驱动工具和/或旋转驱动工具的至少一个切削刃所产生的遮蔽至少近似成比例。所述处理单元还被构造为评估接收到的信号并将控制信号发送到所述光栅布置，其中，对所述处理单元接收到的信号的评估包括如下步骤：确定接收到的信号的干扰信号分量和/或有效信号分量；以及提供与所述有效信号分量、所述干扰信号分量和/或所述接收到的信号相关的信息，以用于转发到机床的数字控制器。

背景技术

背景

机床中使用的旋转驱动工具经常出现同心度误差或损伤，其甚至可能在机床中使用之前已经存在或可能在其后由于机床的磨损而出现。

对旋转驱动工具的同心度误差或损伤可以导致工具中的应力，这些应力可以在机加工过程中导致工具的损伤或损毁。在具有较小公差的机加工过程中，小于0.01mm的同心度误差可以导致制造过程中的缺陷机加工，并因而导致被弃用(rejects)。

为了识别对旋转驱动工具的潜在同心度误差或损伤，一种可能的方案是将夹持在机床中的旋转驱动工具设定为旋转，并使用光学测量系统(例如，激光光栅的形式)对其进行测量。在此过程中，通过由旋转驱动工具在激光光栅的激光束中引起的遮蔽而产生信号，对该信号进行处理以确定参数(例如，旋转驱动工具的半径)，并将其与基准半径(reference radius)进行比较。可以基于该比较来检测潜在的同心度误差。

此方案假定由旋转驱动工具在激光束中产生的遮蔽仅由旋转驱动工具产生。这具有如下缺点：首先当旋转驱动工具被使用时，例如碎屑、清洁流体和/或冷却剂可以对所产生的激光束的遮蔽造成影响，使得得到的信号再现例如错误的半径。由机床的运行产生的振动是另一影响因素，其可以导致失真的信号。可能过度偏离基准半径的结果是旋转驱动工具将被更换或停止使用，从而导致机床停机。机床停机的后果是更低的生产效率。

现有技术

在K.Rill等人于ZWF 93，1998年，卷4，第127-130页发表的“在HSC铣床中旋转工具的测量”(Measurement of rotary tools in HSC milling machines)中，描述了使用激光光栅确定工具的等效轮廓的方法。在该方法中，该工具旋转并相对于激光光栅的测量光束横向移动。将指示工具进入和离开光束的位置确定为测量位置。根据这些测量位置的差值来确定工具的等效直径。在工具的每次轴向位移之后重复该过程，直到已知感兴趣的完整等效轮廓。

DE 42 38 504 A1示出了用于测量机床的转轴中的工具的方法，其中该工具通过支持转轴(spindle)的转轴架(spindle stock)与工件台之间的相对移动来进行进给。由位置测量系统来确定转轴架相对于基准点(reference point)的相对位置，其中，工具沿其坐标之一的方向向光学测量平面进给，并配有相关的光学测量系统，基本上横向于该坐标运行。测量系统发射测量信号，参照该测量信号判断工具是否切入该测量平面。在测量平面被工具切入时，将转轴架的相对位置测量作为位置测量值，并且根据该位置测量值以及测量平面的相对位置来计算工具的尺寸。

在这些已知装置/方法的情况下，将夹持在机床的工具转轴中的旋转或静止工具沿着纵向或横向方向导引进入激光束中或离开激光束。

这里，工具和激光束相当于彼此移动。测量由工具引起的光束遮蔽，并在界定了遮蔽的情况下输出切换信号。在该切换信号时，测量各个机床轴的位置。测量值对应于例如最大工具半径或最大工具长度。由于在使用旋转工具的该类型的测量中，进给和速度之间的比率指示了可实现的精度，工具必须以相对于激光束非常小的进给速率进行移动来实现精确测量。例如，在首次记录到指示工具半径的切换信号之后，通常重复测量一次或更多次以确认信号或形成平均值。因此，工具的测量过程整体需要相对大量的时间。