用于测量齿部的方法和设备与流程

1.本发明涉及一种用于测量齿部的方法和设备。


背景技术：

2.光学测量系统在齿部测量技术中变得越来越重要，因为光学测量系统越来越接近触觉测量系统的精度并且通常比触觉测量系统显著更快速地工作。
3.触觉齿距测量属于在齿部分析和齿部评估中的标准测量任务。在此，例如对于渐开线齿部，在分度圆直径处并且在预先限定的测量高度上分别测量所有的在所有齿的左侧上的渐开线之间的距离和在所有齿的右侧上的渐开线之间的距离。在此区分两种触觉测量：经由精确地在分度圆直径上进行点触碰来进行齿距测量；以及在分度圆直径处测量齿线的区段，随后对各个测量点取平均。借助于齿线的测量提供更可靠的结果，但花费更长的测量时间。
4.随后将测量结果与齿部的目标几何结构的目标距离进行比较，并根据例如vde-标准或公司标准或通用标准如din、iso或agma对测量结果进行评估。在此，可以在不同的直径处进行测量、即不是直接在分度圆直径上进行测量，并且一个或多个测量高度也是可行的。
5.触觉齿距测量的测量时间相对长，特别是在借助于齿线进行测量时，因为在每个齿上的齿线的每个区段都必须准确地在正确的直径和合适的高度上测量。必须使触觉测量探头无碰撞地沉入到每个齿槽中、与相应的齿面贴靠并且在每个齿槽中都进行两次测量。在一个齿槽内进行测量之后，将探头拉回，使齿部转过一个齿距，并且对于下一个齿槽重复测量过程。
6.原则上，这样的节距测量可以利用无接触地进行测量的光学系统以明显更短的测量时间来实施，其中，齿部在光学系统前连续地旋转，其中，不需要进入到齿槽中并且也不需要触碰齿面。然而，可能由于齿部的几何结构导致在光学测量期间出现遮蔽，从而达不到所要求的成像质量。这不仅适用于光学的齿距测量，而且同样也适用于对齿部的其他几何特征的光学测量，这在对其他几何特征的测量中也可能导致出现遮蔽。


技术实现要素：

7.在此背景下，本发明所基于的技术问题是，给出一种能实现改进的光学的齿部测量的方法和设备。
8.上述技术问题分别通过各独立权利要求解决。本发明的其他设计方案由各从属权利要求和以下描述中得出。
9.根据第一方面，本发明涉及一种方法，所述方法具有如下方法步骤：借助于光学测量系统测量齿部的几何结构，其中，所述光学测量系统的数值孔径是可调整的，并且其中，光学测量系统的数值孔径是根据待测量的齿部的至少一个几何参数适配的。备选地或补充地，根据待测量的齿部的至少一个几何参数来增大和/或减小光学测量系统的数值孔径。
10.通过使数值孔径适配于或适应于齿部的几何结构，能够完全避免或减少在光学测
量期间的遮蔽。则对于光学测量而言，尽管由于可能减小的数值孔径而使最大可能的测量分辨率降低，然而由于完全避免或减少在光学测量期间的遮蔽，故以基本上完全的被反射的光照强度确保基本上完整的成像。
11.如果当前谈及“测量齿部的几何结构”，则这在此特别是指在测量技术上确定齿部的一个或多个几何参数的实际值，所述几何参数例如是轮廓形状、齿面形状、齿数、外直径、齿距、槽宽、模数、倾斜角、螺旋角、齿顶锥、齿根锥、修缘、修根、端部回缩(endenr
ü
cknahme)、轮廓凸度、宽度凸度等。为此可以例如测量齿部的齿的齿面的各个点和/或轮廓线和/或齿线。
12.数值孔径的适配和/或增大和/或减小特别是借助于待测量的齿部的至少一个几何参数的至少一个已知的目标值来进行。在运行实践中，在大多数情况下不会测量完全未知的齿部。因此例如对于在质量控制的范畴内伴随着生产而实施的测量而言，关于齿部的目标几何结构的数据通常存储在数据存储器中。
13.数值孔径的适配特别是可以借助于待测量的齿部的至少一个几何参数的至少一个已知目标值自动地进行。在这里，这可以例如是齿部的一个或多个几何参数的目标值，所述几何参数例如是外直径、齿数、倾斜角、螺旋角、上升方向、螺旋方向、模数、齿距、槽宽等。
14.可以规定，所述几何参数是齿部的齿距或槽宽。
15.特别是在此涉及在齿部的分度圆直径的高度上的齿距、即例如在分度圆处的法向齿距或端面齿距。备选地，齿距可以在齿部的齿顶圆直径或齿根圆直径的高度上预定。
16.同样地，齿部的槽宽可以在分度圆的高度上在法向截面或端面截面中预定。备选地，槽宽可以在齿部的齿顶圆直径或齿根圆直径的高度上预定。
17.当前，槽宽是在齿部的两个相邻的朝向彼此的齿面之间的距离、即例如第一齿的左齿面与相邻的第二齿的右齿面的距离。槽宽可以例如是在分度圆直径的高度上的齿槽宽度或是在齿部的齿根区域中的齿槽基部宽度。此外，槽宽可以是在齿顶圆直径的高度上的齿槽宽度。
18.例如，对于具有大的齿距的齿部，数值孔径可以选取为比具有较小的齿距的齿部大。换言之，针对相应的测量任务考虑齿槽的净宽度，从而特别是在光学测量期间不出现遮蔽或者在光学测量期间仅出现轻微的遮蔽。
19.为了适配数值孔径，可以考虑到齿部的一个、两个或更多个几何参数，所述几何参数特别是从下列参数中选择：轮廓形状、齿面形状、齿数、外直径、齿距、槽宽、模数、倾斜角、螺旋角、齿顶锥、齿根锥、修缘、修根、端部回缩、轮廓凸度、宽度凸度等。
20.根据本方法的一种设计方案可以规定，所述光学测量系统的边缘光线不被齿部的一个齿遮蔽或不被齿部的多个齿遮蔽。数值孔径这样适配于齿部的几何结构和/或这样增大或减小，使得测量点被完全地成像。
21.根据本方法的一种设计方案可以规定，与所述齿部的第二齿面区段和/或轮廓区段相比，以更大的数值孔径来测量所述齿部的第一齿面区段和/或轮廓区段。因此，根据所要检测的用于相应的测量区段的测量点位于哪个齿高度上，可以将数值孔径调整为更大或更小。如果测量点位于齿顶附近，则例如可以利用比更深地位于齿槽中(即位于齿根附近)的测量点更大的数值孔径来测量所述位于齿顶附近的测量点，以便避免或减少遮蔽。
22.备选地或补充地可以规定，在测量期间沿着测量路径适配数值孔径。例如，可以沿
着测量路径增大或减小数值孔径。例如，可以沿着测量路径阶梯式地或连续地增大或减小数值孔径。
23.备选地或补充地可以规定，关于齿部的转动角度周期性地增大和减小数值孔径。如果待测量的齿部在测量期间例如在光学测量系统前旋转，则各齿的齿顶部段、齿面部段和齿根部段彼此相继地交替。与此相应，孔径也可以阶梯式地在例如两个或更多个等级之间适配或连续地跟随。
24.备选地或补充地可以规定，使数值孔径在光学测量期间保持恒定。例如，可以为测量任务确定最大可能的数值孔径，对于所述测量任务，对于所有要检测的测量点都不出现遮蔽。换言之，可以为要检测的测量点中的每个测量点都确定相应的最大数值孔径，并且从这些值中选取最小的孔径。虽然在此可能有一些测量点没有以对于这些特殊的测量点而言最大可能的孔径测量。然而，可以对于所有的测量点都确保高的成像质量。
25.特别是可以自动地适配数值孔径。
26.根据本方法的一种设计方案规定，根据借助于图像传感器检测到的光强来调整用于测量点的数值孔径，其中特别是调整如下孔径，对于所述孔径在光源的光照强度恒定的情况下检测到最大的强度。
27.备选地或补充地可以规定，通过计算确定数值孔径、特别是借助于齿部的预给定的目标几何结构和预给定的测量角度来确定数值孔径。如果目标几何结构和测量角度(即光学测量系统的光学轴线相对于待测量的齿部的倾斜度)是已知的，则可以通过计算例如这样匹配数值孔径，使得光学测量系统的光锥的边缘光线在光学测量期间不被遮蔽。此外，可以考虑到齿部的预给定的公差范围，并且将所述公差范围作为余量加入到目标几何结构中。
28.根据齿部的一种设计方案，所述光学测量系统具有共焦传感器，其中，齿部的几何结构通过共焦的距离测量来检测、特别是通过共焦彩色的距离测量来检测。
29.备选地或补充地可以规定，借助于触觉测量系统来测量齿部的几何结构。
30.特别是可以规定，不仅进行借助于触觉测量系统的测量，而且进行以光学测量系统的测量。特别是，各个触觉地检测到的测量点可以用作用于评估光学地检测到的测量点的参考点或支持点。
31.根据第二方面，本发明涉及一种方法，所述方法具有如下方法步骤：根据上述根据本发明的方法测量第一齿部的几何结构；根据上述根据本发明的方法测量第二齿部的几何结构；其中，第一齿部具有与第二齿部不同的几何结构；其中，以第一数值孔径测量第一齿部；其中，以第二数值孔径测量第二齿部，并且其中，第一数值孔径与第二数值孔径不同。
32.例如，如果在同一台测量机上相继地测量几何结构不同的两个齿部，则可以齿部特定地调整数值孔径，以便在相应的光学测量期间避免或减少遮蔽。
33.例如，第一齿部和第二齿部可以在它们的模数、它们的倾斜角或其它确定相应的几何结构的特征方面不同。
34.根据第三方面，本发明涉及一种用于测量齿部的设备，所述设备：具有用于测量齿部的几何结构的光学测量系统；具有用于保持待测量的齿部的容纳装置和用于控制测量流程的控制装置，其中，所述控制装置设置为用于实施根据本发明的方法。
35.所述设备可以例如是坐标测量机，所述坐标测量机是齿部测量机。所述齿部测量
机可以具有用于保持和转动驱动待测量的齿部的主轴。
36.所述齿部测量机可以具有多个cnc控制的轴。
37.可以规定，所述光学测量系统具有焦距可调整的透镜系统。备选地或补充地可以规定，所述光学测量系统具有焦距可调整的透镜、即所谓的自适应透镜。
38.所述设备可以具有用于测量齿部的几何结构的触觉测量系统。备选地或补充地，所述光学测量系统可以具有共焦传感器，特别是共焦彩色传感器。
附图说明
39.下面借助于实施例和附图更详细地描述本发明。图中分别示意性地示出：
40.图1示出根据本发明的用于测量齿部的设备；
41.图2示出带有遮蔽的光学测量；
42.图3示出没有遮蔽的光学测量；
43.图4示出光学测量系统；
44.图5a示出具有自适应的透镜的光学测量系统；
45.图5b示出具有透镜系统的光学测量系统。
具体实施方式
46.图1示出用于测量齿部的设备2。设备2具有用于测量齿部的几何结构的光学测量系统4。设备2具有用于测量齿部的几何结构的触觉测量系统5。设备2具有用于保持待测量的齿部8的容纳装置6和用于控制测量流程的控制装置10。
47.控制装置10设置为用于实施根据本发明的方法，所述方法具有如下方法步骤：借助于光学测量系统4测量齿部8的几何结构，其中，光学测量系统4的数值孔径是可调整的，并且其中，光学测量系统的数值孔径根据待测量的齿部8的至少一个几何参数被适配和/或增大或减小。
48.所述至少一个几何参数的至少一个目标值存储在数据存储器11中，所述数据存储器是控制装置10的一部分或者控制装置可以访问所述数据存储器。所述目标值例如可以是由待测量的齿部的齿部设计已知的目标值。
49.齿部可以围绕轴线c转动。光学测量系统4可以在x方向、y方向和z方向上平移地移动。轴运动可以由控制装置10控制。
50.图2示出以光学测量系统4对齿部8的光学测量。在这里，光锥14的边缘光线12被齿部8的齿18的齿顶16遮蔽，并且因此所述边缘光线对测量点20的成像没有贡献。根据本发明，应当特别是部分地或完全地避免这种遮蔽。
51.因此根据图3，使数值孔径适配于齿部8的几何结构，其中，例如考虑到齿部8的齿距15和/或槽宽。如图3可以看到的，光学测量系统4的数值孔径已经减小，从而光锥14的边缘光线12不再被齿18的齿顶16遮蔽。
52.光学测量系统4是用于共焦彩色的距离测量的设备。
53.光学系统4的数值孔径na以已知的方式定义为光学系统4的一半的物侧张角24的正弦值乘以折射率(例如对于空气，折射率为1)(图4)。
54.为了减小数值孔径，可以减小准直透镜26与光纤30的距离22，以便减小对聚焦透
镜28的照射。尽管如此，为了使光效率最大化，准直透镜26的焦点应当位于与光源34耦联的光纤30的光纤出口32上并且适配于光纤30的数值孔径。
55.为此，准直透镜26可以设计为具有可调整的焦距的自适应透镜26，如图5a中所示。
56.备选地或补充地，这可以通过具有可变的焦距的透镜系统36来实现，如图5b中所示。