[发明专利]用于测量机器元件的形状、位置和规格特征的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于测量可旋转的机器元件(例如马达轴和传动轴、联杆、阀门、活塞、螺栓、涡轮部件等)的形状特征、位置特征和规格特征的设备和方法。

背景技术

为了轴的精确测量建立了触知测量方法，其中，表面可以被机械触摸元件触摸并且被非常精确地测量。但在变换测量任务的情况下，触知测量方法通常需要高的改装花费。

针对这种情况提供有光学测量方法。该方法产生轴的阴影图像，在该阴影图像上外轮廓可以被测出。由于非接触的测量，机器元件可以被很快地探测并且高精确度地测量。在不同的测量任务之间的变换可以是简单且快速的。光学测量设备的缺点是例如不可以测量在阴影图像中不可见的凹的部分表面和咬边。

基于该原因提出将光学测量方法和触知测量方法组合在一个设备中。在专利文献DE10319947B4中公开了一种设备，其中，对轴的周面的探测借助组合使用光学测量单元和机械测量单元来进行。为此该设备具有如下测量系统，在该测量系统中机械-电子测量单元集成在光电测量单元中用以轴的测量并且如有需要可以线性地驶出。在此，轴被夹在设备的转动轴线上。测量系统具有U形的光电测量单元，它的自由端部在第一测量位置中布置在被夹住的轴的两侧。在自由端部中安装有光栅式的照明模块和照相机模块。这样轴的阴影图像以公知的方式产生并且被拍摄，轴可以在该阴影图像上被测量。为了完全探测轴，该轴在此绕着旋转轴线旋转并且光电测量单元平行于转动轴线地沿着该轴行驶。为了提高测量精确度，轴的周面的额外测量于是可以利用附着在U形光电测量单元的基底上的机械-电子测量单元来进行。利用光电测量单元的运动，机械-电子测量单元也被自动地引导至轴，从而在第二测量位置中，周面可以被机械地触摸。在此测量值记录在轴向平面内部垂直于轴的转动轴线进行，从而周面被触摸元件高精确度地触知探测。但是测量单元仅能够实现精确地机械触摸周面。基本上与轴的转动轴线正交的表面仅被光学探测。因为为了保持设备的高测量精确度通常使用在机械上稳定并且由此大量的结构部件，所以由此为了在两个测量位置之间实现精密地调整可运动支承的U形支架，提高的结构上的花费是必需的。

发明内容

本发明的任务是找到一种用于测量可旋转的机器元件的形状特征、位置特征和规格特征的可能性，其能够实现微小的结构花费并且同时高的精密度，也能够以高测量精确度来测量如下表面，该表面相对于旋转轴线可以具有明显的直至相对于旋转轴线正交取向的倾斜并且具有被遮盖的区域，比如咬边，上坡和不平坦等。

在用于测量可旋转的机器元件的形状特征、位置特征和规格特征的设备中，该设备包含具有沿着机架布置的线性引导装置和与此平行布置的线性引导系统的机械稳定的机架、用于容纳可绕着机器元件的旋转轴线旋转的机器元件的工件保持装置，具有照明模块和照相机模块的光学测量单元，其中，该工件保持装置具有至少一个容纳在线性引导装置中的夹紧机构，绕该夹紧机构，机器元件可绕着旋转轴线转动，该光学测量单元可运动地布置在线性引导系统上并且利用该光学测量单元，可从可转动地布置在照明模块与对置的照相机模块之间的机器元件拍摄机器元件的二维阴影图像，该任务根据本发明通过如下方法来解决，即，光学测量单元具有额外的机械测量单元，该机械测量单元带有用于在轴向方向上测量机器元件的触知测量触头，其中，该机械测量单元固定在光学测量单元上并且具有用于使触知测量触头在相对于机器元件的旋转轴线的正交平面中内转的枢转装置。

有利地，触知测量触头具有一维的、在平行于机器元件的旋转轴线的两个方向上进行测量的、具有触摸臂和至少一个触摸元件的测量值记录仪，其中，该测量臂的长度使得在内转触知测量触头时所述至少一个触摸元件画出至少横穿机器元件的旋转轴线的圆弧。

如下证明是适宜的，即，触知测量触头具有如下触摸臂，该触摸臂具有在于机器元件的旋转轴线平行的方向上间隔开的两个触摸球，从而可测量被周围材料遮盖的表面。

优选地，枢转装置为了定位触知测量触头的至少一个触摸球能够在关于旋转轴线的半径中无级地调整。

有利地，触知测量触头可通过光学测量单元沿着线性引导系统的运动在机器元件的每个轴向位置上定位并且由此可实现对能轴向触摸的表面的触摸运动。

如下是有利的，即，用于在旋转轴线的轴向方向上校准触知测量触头的校准体具有至少两个与旋转轴线正交的且彼此轴向对置的参考面，并且该校准体附着在工件保持装置上，其中，校准体的参考面中各有至少一个参考面可以通过光学测量单元以及通过机械测量单元来检测。

校准体可以是U形型材，其具有两个平行的内表面，所述内表面作为参考面与旋转轴线正交地布置。