ES2284234T3 - Dispositivo de medicion de dimensiones de piezas de ensayo, asi como procedimiento utilizando el dispositivo de medicion. - Google Patents

Abstract

Herramienta (1) con un vástago (34), caracterizada porque en la herramienta (1) se aloja, para la medición de las dimensiones de piezas (2) a comprobar, en especial de cuerpos huecos, con preferencia de cavidades en las piezas, un dispositivo (4) de medición, que posee al menos una fuente (10) de luz, cuyos rayos de luz son subdivididos con un divisor (18) de rayos en un rayo (27) de referencia y un rayo (28) de medición, porque el rayo (28) de medición, que forma uno de los brazos de medición puede ser aplicado a un punto (8) de medición de la pieza (2) a comprobar y el rayo (27) de referencia, que forma un brazo de referencia, puede ser aplicado a un espejo (14) de referencia del dispositivo (4) de medición y porque los rayos no coherentes en el tiempo reflejados en el punto (8) de medición y en el espejo (14) de referencia se reúnen nuevamente en el divisor (18) de rayos y pueden ser llevados a un receptor (13) del dispositivo (4) de medición.

Description

Dispositivo de medición de dimensiones de piezas de ensayo, así como procedimiento utilizando el dispositivo de medición.

El invento se refiere a una herramienta según el preámbulo de la reivindicación 1, a un procedimiento, que utiliza una herramienta de esta clase, según el preámbulo de la reivindicación 12 así como a un dispositivo de medición según el preámbulo de la reivindicación 16 para su utilización en una herramienta de esta clase.

En la fabricación de taladros, ajustes o análogos en piezas es necesario, que los taladros posean diámetros exactos. Por esta razón se miden los taladros después del taladrado con aparatos de medida correspondientes. Si se observan errores en las medidas, es necesario repasarlos.

Se conocen aparatos de medida en forma de interferómetros (documento JP-A-07 190 734) con los que se miden las superficies interior y exterior de cilindros.

El invento se basa en el problema de configurar la herramienta conforme con el género indicado, el procedimiento conforme con el género indicado así como el dispositivo de medición conforme con el género indicado de tal modo, que las dimensiones de las piezas a comprobar se puedan medir de una manera sencilla, exacta y rápida.

Este problema se soluciona según el invento en la herramienta conforme con el género indicado con las características de la reivindicación 1, en el procedimiento conforme con el género indicado se soluciona según el invento con las características de la reivindicación 12 y en el dispositivo de medición conforme con el género indicado se soluciona según el invento con las características de la reivindicación 16.

Con la herramienta según el invento y con el dispositivo de medición según el invento se pueden medir con una exactitud muy grande y a pesar de ello de manera sencilla las dimensiones de las piezas a comprobar, por ejemplo el diámetro de taladros en piezas. El rayo emitido para la fuente de luz es subdividido en el divisor de rayos en un rayo de referencia y un rayo de medición. Mientras que el rayo de medición es desviado al punto de medición de la pieza a comprobar, el rayo de referencia es desviado hacia un espejo de referencia. Ambos rayos son reunidos nuevamente después de su reflexión en el punto de medición, respectivamente el espejo de referencia y son llevados al receptor. Debido a la superposición de los rayos se produce un contraste de interferencia con el que se puede obtener la información deseada de la dimensión medida en la pieza a comprobar. Con la herramienta según el invento y con el procedimiento según el invento es posible medir la dimensión durante la mecanización de la pieza con la herramienta, de manera, que las correcciones eventualmente necesarias ya pueden ser realizadas durante la mecanización.

En el dispositivo de medición según el invento utilizado para la herramienta se barre la diferencia óptica de camino entre el rayo de referencia y el rayo de medición desplazando el divisor de rayos en la dirección del rayo de medición.

Otras características del invento se desprenden de las reivindicaciones restantes, de la descripción y del dibujo.

El invento se describirá con detalle por medio de dos ejemplos de ejecución representados en el dibujo. En él muestran:

La figura 1, en una representación esquemática y en sección una herramienta con el dispositivo de medición según el invento.

La figura 2, un esquema del flujo de información del dispositivo de medición alojado en la herramienta según el invento.

La figura 3, un esquema óptico del dispositivo de medición.

La figura 4, el recorrido de los rayos de la iluminación del dispositivo de medición.

La figura 5, el brazo de referencia y de medición del dispositivo de medición.

La figura 6, el brazo de interferencia del dispositivo de medición.

La figura 7, en una representación esquemática, el funcionamiento del dispositivo de medición.

La figura 8, una señal de medida registrada con el dispositivo de medición.

La figura 9, un esquema óptico de una segunda forma de ejecución de un dispositivo de medición.

Con la herramienta se pueden medir de manera sencilla, pero a pesar de ello exacta, las dimensiones de piezas, con preferencia de taladros. El dispositivo de medición previsto para ello está alojado en la herramienta, que puede ser por ejemplo una broca o una fresa de roscas. Sin embargo, con la disposición de medición también se pueden medir la profundidad de ranuras o la profundidad de taladros en una pieza. Esta medición puede ser realizada ya durante la mecanización con la herramienta. Basándose en la medición se puede desplazar "online" la herramienta y/o la pieza a mecanizar hasta el resultado nominal. El resultado de la mecanización, por ejemplo la redondez de un taladro o su diámetro, se mide y evalúa con preferencia directamente durante la mecanización. Con ello se pueden detectar y corregir inmediatamente loas errores de mecanización. La pieza mecanizada ya no necesita comprobaciones adicionales. Dado que la corrección se puede realizar durante la mecanización, se obtienen tiempos de mecanización muy pequeños y, sobre todo, calidades finales excelentes. También se aprovecha de manera óptima la vida útil de la herramienta, ya que a consecuencia de la medición y de la evaluación "online" durante la mecanización de la pieza se puede utilizar las herramientas durante el tiempo óptimo para la mecanización.

Con la herramienta también es posible realizar la mecanización de la pieza y medir y evaluar inmediatamente después el resultado de la mecanización. Si el resultado de la mecanización no se corresponde con los requerimientos deseados, se corrige inmediatamente después en la medida necesaria el movimiento de la herramienta y/o de la pieza y se procede al repaso.

La figura 1 muestra en una representación esquemática una herramienta 1 de fresado con un vástago 34. Con la herramienta se fresa de manera conocida un taladro 3 en una pieza 2. La herramienta 1 se construye como cuerpo hueco en el que se aloja un dispositivo 4 de medición. Posee una carcasa 5 en la que se aloja de manera protegida la mayor parte de los elementos del dispositivo de medición. El dispositivo 4 de medición puede ser desplazado con un accionamiento 6 lineal en la dirección del eje de la herramienta 1. La herramienta 1 posee en la proximidad del extremo libre al menos una ventana 7 por la que el rayo de medición puede salir de la herramienta 1 de la manera, que se describirá todavía más abajo, e incidir en el punto 8 de medición. El punto 8 de medición se prevé en el ejemplo de ejecución representado en la pared 9 del taladro 3.

Por medio de la figura 3 se describirá con detalle a título de ejemplo una disposición del dispositivo 4 de medición. Posee una fuente 10 de luz de banda ancha formada ventajosamente por un LED. Sin embargo, la fuente 10 de luz también puede ser una lámpara halógena, un diodo de superluminiscencia, un diodo laser y análogo. A continuación de ella se halla un divisor 11 de rayos con el que la luz emitida por la fuente 10 de luz es desviada hacia un divisor 12 de rayos adicional.

A continuación del divisor 12 de rayos se halla un sistema 15 de lentes, que se compone de un colimador 16, un objetivo 17 y un divisor 18 de rayos dispuesto entre ellos. En él se refleja una parte del rayo hacia el divisor 12 de rayos, que desvía este rayo 27 hacia un espejo 14 de referencia. El sistema 15 de lentes se halla, igual que los divisores 11, 12 de rayos, sobre el eje del dispositivo 4 de medición. A continuación del sistema 15 de lentes se halla un espejo 19 de cambio de sentido con el que el rayo 28 de luz, que atraviesa el divisor 18 de rayos, es desviado a través de la ventana 7 de la herramienta 1 hacia el punto 8 de medición en la pared 9 del taladro.

Como muestra la figura 1, el dispositivo 4 de medición posee un interferómetro 31 alojado en la carcasa 5. El espejo 19 de cambio de sentido se halla exteriormente a la carcasa 5 apoyada de manera desplazable axialmente en la herramienta 1 por medio de al menos un cojinete 20 lineal.

Por medio de las figuras 4 a 6 se describirá con detalle el funcionamiento del dispositivo de medición. Por razones de claridad se representan en las figuras 4 a 6 los diferentes recorridos de los rayos del dispositivo de medición. La figura 4 muestra la iluminación del punto 8 de medición en la pared 9 del taladro de la pieza 2. La luz emitida por la fuente 10 de luz es desviada en el divisor 11 de rayos 90º hacia el divisor 12 de rayos. El rayo de luz llega desde él al sistema 15 de lentes.

La luz emitida por la fuente 10 de luz es desviada, como muestra la figura 5, por el divisor 11 de rayos hacia el divisor 12 de rayos y de este al espejo 14 de referencia (rayo 27), en el que el rayo 27 de luz es reflejado hacia los divisores 12, 18 de rayos. El rayo 28 de luz, que deja pasar el divisor 18 de rayos, es llevado al espejo 19 de cambio de sentido, que desvía el rayo de luz hacia el punto 8 de medición. Aquí se refleja el rayo de luz hacia el espejo 19 de cambio de sentido. De él se desvía el rayo 28 de luz hacia el divisor 18 de rayos.

En el divisor 18 de rayos se agrupan nuevamente el rayo 127 de luz reflejado por el espejo 14 de referencia y el rayo 28 de luz procedente del espejo 19 de cambio de sentido y se llevan a un receptor 13 (figura 6). Este posee una construcción optoelectrónica, siendo por ejemplo un fotodiodo.

Como muestra la figura 2, los rayos de luz recogidos por el receptor 13 son aplicados a un convertidor 21 analógico/digital, cuyas señales digitales convertidas son evaluadas con el ordenador 22 siguiente. La evaluación de las señales también puede tener lugar por vía analógica.

El receptor 13 también puede ser construido como disposición de fotosensores con procesamiento de la señal, por ejemplo con conversión A/D y/o amplificación de la señal. Las señales obtenidas pueden ser enviadas entonces directamente al ordenador 22.

Dado que la pared 9 del taladro debe ser medida en su contorno con mediciones de interferencia, se gira el dispositivo 4 de medición, que posee un interferómetro 31. Es posible girar el dispositivo 4 de medición en el interior de la herramienta 1, girando el dispositivo 4 de medición ángulos de giro definidos, según la exactitud de medida deseada. A continuación tiene lugar la medición por interferencia descrita. Una vez que el resultado de la medición haya sido evaluado en el ordenador 22, se gira el dispositivo 4 de medición el paso angular siguiente. De esta manera se puede medir escalonadamente la totalidad del contorno de la pared 9 del taladro. Para este caso se prevé una cantidad correspondiente de ventanas 7.

También es posible girar la totalidad de la herramienta 1 con el dispositivo 4 de medición con una velocidad constante y realizar las mediciones de manera continua.

El convertidor 21 analógico/digital recibe a través de un transmisor 25 de ángulos y de un generador 26 de impulsos conectado a continuación señales de reloj correspondientes. Se puede prescindir de un transmisor de ángulos, cuando la posición angular o la velocidad angular de la máquina herramienta puede ser prefijada de manera exacta.

Después de un giro completo de la herramienta 1 o de su dispositivo 4 de medición se desplaza el dispositivo 4 de medición con el accionamiento 6 lineal (figura 1) o la herramienta 1 por medio de un accionamiento de la máquina herramienta en la medida deseada, de manera, que el rayo de luz emergente de la ventana 7 de la herramienta 1 incida en otro plano del contorno de la pared 9 del taladro. El desplazamiento lineal del dispositivo 4 de medición, respectivamente del interferómetro 31 se realiza con el motor 6, (figura 2) conectado detrás del ordenador 22 y que el excitado por el ordenado 22 por medio de un excitador 24 de motor. El movimiento lineal generado por el accionamiento 6 lineal y guiado en el cojinete 20 lineal de la cabeza 33 del sensor es medido y también gobernado con un sistema 35 (figura 1) de medición de caminos. El sistema 35 de medición de caminos está alojado en la herramienta 1. Después se gira en la manera descrita la herramienta 1 y/o el dispositivo 4 de medición alrededor de su eje para medir la pared 9 del taladro en una posición axial nueva. De esta manera se puede medir la pared 9 del taladro en una parte de su longitud axial o también en toda su longitud axial. En la figura 2 también se representa esquemáticamente la transmisión de los datos del sistema de medición rotativo al ordenador 22 fijo. La transmisión de datos y de energía tiene lugar bidireccionalmente entre el dispositivo 4 de medición rotativo y el ordenador 22 fijo, respectivamente el excitador 24 de motor y se realiza de manera conocida por medio de un acoplamiento 32 inductivo con las etapas de transmisión y de recepción así como por medio de una antena rotativa y otra fija. La figura 1 muestra otro punto del sistema en el que se puede prever el acoplamiento 32.

Siempre que el punto 8 de medición se halle sobre el diámetro deseado, los dos caminos de los rayos del brazo de referencia y del brazo de medición (figura 5) son iguales. La señal de medida representada a título de ejemplo en la figura 8 posee en este caso un máximo. En el diagrama según la figura 8 se representa la intensidad en función del camino. Con la posición del máximo del contraste de interferencia se puede determinar el radio del taladro 9. La intensidad de la señal de medida resulta de manera conocida de la ecuación siguiente:

I(\Delta s) = I_{o}\{1 + m \ y_{21}(\Delta s) \ cos \ (2\pi/\lambda \cdot \Delta s + \varphi)\}

En ella significan:

m = grado de modulación

y_{21} = grado de coherencia mutuo

\lambda = longitud de onda media

\Deltas = diferencia óptica de caminos

\varphi = salto de fase dependiente del material.

El grado m de modulación depende de la intensidad de la luz y del grado de reflexión. En el máximo de la señal de interferencia (figura 8), el valor de la diferencia \Deltas óptica de caminos es igual a cero. Con el dispositivo 4 de medición se barre la diferencia \Deltas óptica de caminos entre el rayo 27 de referencia y el rayo 28 de medición por medio del desplazamiento del divisor 18 de rayos en la dirección del rayo 28 de medición y se evalúa el contraste de interferencia (figura 8) medido. Si el punto 8 de medición se aparta, por ejemplo, del diámetro deseado, el rayo 28 de medición posee una longitud distinta del brazo 27 de referencia con longitud constante. La cabeza 33 del sensor es desplazada sobre todo el margen de medición, registrando al mismo tiempo la señal de interferencia. A continuación se determina el máximo de interferencia en función del camino de desplazamiento. De aquí se puede determinar el diámetro del taladro.

Las desviaciones de forma pequeñas pueden ser medidas desplazando el espejo 14 de referencia y registrando el camino de desplazamiento correspondiente. También en este caso se representa la señal de interferencia y se evalúa el máximo de interferencia en función del camino de desplazamiento.

La figura 7 muestra el principio de funcionamiento del dispositivo 4 de medición. La luz emitida por la fuente 10 de luz es dividida por el espejo 18 parcialmente transparente en el rayo 27 reflejado y el rayo 28 pasante. El rayo 27 reflejado llega al espejo 14 de referencia, donde es reflejado nuevamente hacia el espejo 18 divisor. El rayo 28 pasante incide en el punto 8 de medición en el que es reflejado nuevamente. Los dos rayos 27, 28 parcialmente coherentes se reúnen nuevamente en el espejo 18 divisor y se interfieren al mismo tiempo. Los dos rayos unidos llegan después al receptor 13. La evaluación del contraste de interferencia hace posible una resolución inferior a 1 \mum.

La luz emitida por la fuente 10 de luz llega en la forma de ejecución según la figura 8 a través de una lente 16 convergente al divisor 12. El rayo de luz atraviesa el divisor 12 y llega a través de la lente 17 convergente al divisor 18 de rayos. Una parte 27 de este rayo de luz atraviesa el divisor 18 de rayos e incide en el espejo 14 en el que este rayo 27 es reflejado nuevamente hacia el divisor 18 de rayos. Otra parte 28 del rayo de luz es desviada en el divisor 18 de rayos hacia el punto 8 de medición en la pared 9 interior de la pieza 2. En el divisor 18 de rayos se reúnen nuevamente el rayo 27 de referencia reflejado por el espejo 14 de referencia y el rayo 28 de medición reflejado por la pieza 2 y se interfieren al mismo tiempo. Los dos rayos unidos llegan a través de la lente 17 convergente al divisor 12 donde son desviados hacia un espejo 29 de cambio de sentido, que refleja estos rayos hacia el receptor 13, delante del que se halla una diafragma 30 para el paso del rayo. El diafragma 30 también puede estar antepuesto al receptor 13 en la forma de ejecución precedente.

Si el punto 8 de medición medido con el rayo 18 de medición se halla, por ejemplo, sobre el diámetro deseado, los dos caminos de los rayos del brazo 27 de referencia y del brazo 28 de medición son iguales. La señal de medida (figura 8) posee entonces un máximo. Por el contrario, si el punto 8 de medición se aparta del diámetro deseado, el brazo 27 de referencia y el brazo 28 de medición poseen longitudes distintas. Para alcanzar el máximo de interferencia se desplaza entonces, como se describió en el caso de la forma de ejecución precedente, la cabeza 33 de sensor sobre todo el margen de medición y al mismo tiempo de registra la señal de interferencia. Después se determina el máximo de interferencia en función del camino de desplazamiento. Con ello se puede determinar el diámetro del taladro. Esta forma de ejecución puede ser ajustada con facilidad y posee poca luz parásita interna. También es posible ajustar la iluminación. La lente 16 convergente, el divisor 12 de rayos, la lente 17 convergente, el divisor 18 de rayos y el espejo 14 de cambio de sentido se hallan en esta forma de ejecución sobre un eje común. Este ejemplo de ejecución posee por lo demás la misma construcción que la forma de ejecución precedente.

Claims (16)

1. Herramienta (1) con un vástago (34), caracterizada porque en la herramienta (1) se aloja, para la medición de las dimensiones de piezas (2) a comprobar, en especial de cuerpos huecos, con preferencia de cavidades en las piezas, un dispositivo (4) de medición, que posee al menos una fuente (10) de luz, cuyos rayos de luz son subdivididos con un divisor (18) de rayos en un rayo (27) de referencia y un rayo (28) de medición, porque el rayo (28) de medición, que forma uno de los brazos de medición puede ser aplicado a un punto (8) de medición de la pieza (2) a comprobar y el rayo (27) de referencia, que forma un brazo de referencia, puede ser aplicado a un espejo (14) de referencia del dispositivo (4) de medición y porque los rayos no coherentes en el tiempo reflejados en el punto (8) de medición y en el espejo (14) de referencia se reúnen nuevamente en el divisor (18) de rayos y pueden ser llevados a un receptor (13) del dispositivo (4) de medición.

2. Herramienta según la reivindicación 1, caracterizada porque es posible barrer una diferencia (\Deltas) óptica de camino en el brazo (27) de medición o en el brazo (28) de referencias o en los dos brazos.

3. Herramienta según la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque el receptor (13) está conectado con un ordenador (22), que evalúa las señales del receptor (13) y porque entre el receptor (13) y el ordenador (22) se halla con preferencia un convertidor (21) analógico/digital.

4. Herramienta según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque la herramienta (1) posee al menos un orificio (7) de paso para el rayo (28) de medición, que llega al punto (8) de medición.

5. Herramienta según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el dispositivo (4) de medición es accionado de manera ventajosa en rotación alrededor de su eje en el interior de la herramienta (1).

6. Herramienta según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el dispositivo (4) de medición junto con la herramienta (1) se aloja de manera giratoria y con preferencia en el interior de la herramienta (1) en una carcasa (5).

7. Herramienta según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque al menos una parte del dispositivo (4) de medición es desplazable en la dirección de su eje y porque, con preferencia, el ordenador (22) excita un accionamiento (6) lineal.

8. Herramienta según una de las reivindicaciones 7, caracterizada porque la carcasa (5) del dispositivo (4) de medición es desplazable axialmente en el interior de la herramienta (1).

9. Herramienta según la reivindicación 7, caracterizada porque el dispositivo (4) de medición es desplazable axialmente junto con la herramienta (1) y para la medición del camino de desplazamiento del dispositivo (4) de medición se prevé con preferencia un sistema (35) de medición de caminos, que se aloja ventajosamente en la herramienta (1).

10. Herramienta según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque el espejo (14) de referencia se halla exteriormente al eje de rotación del dispositivo (4) de medición.

11. Herramienta según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque el espejo (14) de referencia se halla en el eje de rotación del dispositivo (4) de medición.

12. Procedimiento para la medición de dimensiones de piezas a comprobar utilizando la herramienta según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque a un punto (8) de medición de la pieza (2) a comprobar se aplica un rayo (28) de medición, que es reflejado en el punto (8) de medición y es reunido con un rayo (27) de referencia y porque el contraste de interferencia obtenido es evaluado para la medición de la dimensión de la pieza (2) a comprobar.

13. Procedimiento según la reivindicación 12, caracterizado porque el dispositivo (4) de medición es girado un ángulo prefijado después de una medición.

14. Procedimiento según la reivindicación 12, caracterizado porque el dispositivo (4) de medición es girado continuamente durante la medición.

15. Procedimiento según una de las reivindicaciones 12 a 14, caracterizado porque el dispositivo (4) de medición es desplazado axialmente después de un giro, con preferencia un giro de 360º.

16. Dispositivo de medición para la utilización en una herramienta según una de las reivindicaciones 1 a 11 con un interferómetro (31), que posee un divisor (18) de rayos con el que un rayo de luz procedente de al menos una fuente (10) de luz es subdividido en un rayo (27) de referencia y un rayo (28) de medición, de los que el rayo (27) de referencia es reflejado en un espejo (14) de referencia y el rayo (28) de medición es reflejado en un punto (8) de medición, que junto con el rayo (27) de referencia es reunido en el divisor (18) de rayos y aplicado a un receptor (13), caracterizado porque una diferencia (\Deltas) óptica de camino entre el rayo (27) de referencia y el rayo (28) de medición es barrida por desplazamiento del divisor (18) de rayos en la dirección del rayo (28) de medición.