背景技术
[0001] 背景
[0002] 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。
[0003] 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)。
[0004] 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。
[0005] 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。
[0007] 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。
[0008] 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。
[0009] 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。
[0010] 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。
发明内容
[0011] 目的
[0012] 从上述方案出发，问题在于提供用于测量和控制旋转驱动工具的装置，所述装置可以区别与旋转驱动工具对应的切换信号(switching signal)与由污染或扰乱引起的切换信号。
[0013] 另一问题在于提高测量和控制旋转驱动工具时的工艺可靠性(process reliability)，同时减少测量过程所需的测量时间。
[0014] 解决方案
[0015] 对于该解决方案，提出了用于测量和控制旋转驱动工具的处理单元。所述处理单元可连接到光栅布置(light barrier arrangement)，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在第一测量位置处从光接收单元接收信号，所述信号与由所述旋转驱动工具和/或所述旋转驱动工具的至少一个切削刃(cutting edge)所产生的遮蔽(shading)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：确定所述接收到的信号的
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(170)的数字
控制器。
[0016] 所述信号的
频率和/或幅度可以是预设的，其中，所述处理单元被构造为基于预设的频率和幅度来确定所述干扰信号分量和/或所述有效信号分量。
[0017] 所述处理单元可以被构造为重复地确定有效信号分量、干扰信号分量和/或所述接收到的信号。
[0018] 所述处理单元可以被构造为记录并存储在较长时段重复确定的有效信号分量，并基于更高的数据量来执行有效信号分量的求平均，以提高重复确定的有效信号分量的精度和处理可靠性。
[0019] 所述处理单元可以被构造为将重复确定的有效信号分量彼此比较并基于所述比较来确定测量位置。所述处理单元还被构造为基于测量位置误差来确定第二测量位置，其中，所述光接收单元在第二测量位置处产生与由所述旋转驱动工具和/或所述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的信号。
[0020] 可选地，所述处理单元可以被构造为将重复得到的有效信号分量、干扰信号分量和/或接收到的信号
叠加，对叠加的有效信号分量、干扰信号分量和/或接收到的信号应用针对特定任务的阻挡滤波(block filter)，以及基于叠加的有效信号分量、干扰信号分量和/或接收到的信号来确定有效信号分量、干扰信号分量和/或接收到的信号的代表值，以及提供与有效信号分量、干扰信号分量和/或接收到的信号的代表值相关的信息以用于转发到机床的数字控制器。针对特定任务的所述阻挡滤波可以是中间值滤波、最小值滤波、最大值滤波、平均值滤波或这些滤波类型的组合。
[0021] 所述处理单元可以被构造为基于有效信号分量、干扰信号分量和/或接收到的信号来确定所述旋转驱动工具和/或所述至少一个切削刃的形状和/或长度，并将与所述旋转驱动工具和/或所述至少一个切削刃的形状和/长度相关的信息提供到所述机床的所述数字控制器。旋转驱动工具的长度可以理解为旋转驱动工具的几何尺寸。在切割工具上，几何尺寸是有效切割直径和/或有效切割长度，在
研磨工具上，其是有效研磨直径和/或有效研磨长度，在攻
螺纹工具上其是有效螺纹直径和/或有效螺纹插入长度，在圆筒基准工具上，其是旋转驱动工具的有效基
准直径和/或有效基准长度。
[0022] 为了确定所述形状和/或所述长度，所述处理单元可以在这里使用预置校准功能，其表明由所述旋转驱动工具和/或所述至少一个切削刃产生的遮蔽与相关的至少近似成比例的信号之间的关系。
[0023] 该校准功能描述了切入测量光束的物体所产生的遮蔽与在光接收单元处接收到的相关的至少近似成比例的信号之间的直接关系(direct connection)。该关系通过被描述为测量光束的线性化的校准处理(calibration process)来确定并由线性化特征来描述。校准处理可以通过基准物体对测量光束的递增切入、或者通过由基准物体以恒定速率对测量光束的连续、缓慢切入来进行，其中，在最小遮蔽与最大遮蔽之间产生所产生的遮蔽与相关的至少近似成比例的信号之间的关系。在两种情况下，线性化特征的基准点(零值)被理想地设定在最小遮蔽与最大遮蔽之间的平均遮蔽。此基准点与在切换信号时各个机床轴的位置一致，所述切换信号通过在界定的遮蔽处由工具引起的光束遮蔽而输出。
[0024] 因为由于测量光束的非理想特性，切入测量光束的物体的遮蔽与至少近似成比例的信号之间的关系是物体切入测量光束的方向的函数，所以建议针对切入测量光束的物体的各个方向均执行校准处理。通过校准处理确定的线性化特征以针对各个校准方向分别的多项式函数的形式或表格的形式存储在处理单元中。
[0025] 此外，基于所确定的旋转驱动工具的形状和/或长度，所述处理单元可以通过将所确定的形状和/或长度与已知工具的预设形状和/或长度进行比较，来进行工具识别。
[0026] 可选地，所述处理单元可以被构造为确定旋转驱动工具和/或至少一个切削刃的遮蔽的局部最大值，以通过使用所述预置校准功能来确定所述旋转驱动工具和/或所述至少一个切削刃的长度，并将所述旋转驱动工具和/或所述至少一个切削刃的长度相关的信息提供到所述机床的所述数字控制器。
[0027] 为了确定所述信号的对称或近似对称信号区域，所述处理单元可以被构造为利用正弦回归、多项式回归、高斯回归和/或指数平滑将所述对称或近似对称信号区域进行拟合，并确定经拟合的对称或近似对称信号区域中的局部最大值。
[0028] 所述处理单元可以被构造为通过峰值检测来确定所述局部最大值。
[0029] 所述处理单元可以基于所述有效信号分量和/或所述干扰信号分量来确定所述旋转驱动工具或所述至少一个切削刃的污染和/或瑕疵。如果所述处理单元确定了污染，则所述处理单元被构造为将与用于清洁被污染的所述旋转驱动工具和/或所述至少一个切削刃的清洁信号相关的信息提供到所述机床的所述数字控制器，并且，如果所述处理单元确定了瑕疵，则所述处理单元被构造为将与警告信号相关的信息提供到所述机床的所述数字控制器。
[0030] 所述旋转驱动工具可以具有多个切削刃，所述切削刃产生所述光束的遮蔽，其中，所述光接收单元对于每个所述遮蔽产生对此进行再现的至少近似成比例信号。
[0031] 所述处理单元可以被构造为基于所述接收到的信号的有效信号分量识别最短和最长切削刃，并提供与识别到的最短和最长切削刃相关的信息以转发到所述机床的所述数字控制器。
[0032] 此外，所述处理单元可以被构造为，如果重复接收到的信号的有效信号分量和/或干扰信号分量彼此偏离预设值，则基于识别到的所述最短和最长切削刃来确定所述旋转驱动工具的同心度误差。
[0033] 所述旋转驱动工具类似地具有近似圆筒表面和/或近似杆状前表面，其产生光束的遮蔽，其中，光接收单元针对遮蔽产生对其进行再现的至少近似成比例的信号。
[0034] 所述处理单元可以被构造为基于接收到的信号的有效信号分量来识别近似圆筒表面和/或近似杆状前表面的最小和最大几何尺寸，并提供与识别到的所述最小和最大几何尺寸相关的信息以转发到所述机床的所述数字控制器。
[0035] 此外，所述处理单元可以被构造为，如果重复接收到的信号的有效信号分量和/或干扰信号分量彼此偏离预设值，则基于识别到的所述最小和最大几何尺寸来确定所述旋转驱动工具的同心度误差和/或轴向跳动误差(axial run-out error)。
[0036] 所述处理单元可以被构造为基于所述旋转驱动工具的识别到的同心度误差和/或轴向跳动误差来确定与所述机床的旋转装置(转轴)的同心度属性相关的信息，并提供该信息以用于转发到所述机床的所述数字控制器。
[0037] 所述处理单元可以被构造为分析所述机床的转轴状态。对于此转轴状态分析，使用(高精度同心
基础)基准工具以预先界定的速度来测量遮蔽
进程。在此情况下的
信号处理与工具测量的信号处理本质不同。在该分析中包括甚至更高频率的分量。由于例如冷却剂液滴引起的独立事件通过所述的
滤波器去除。对所确定的信号路径的分析包括同心度误差的确定、划分为多个频带、
波峰因数分析、单次脉冲和/或均方根、RMS、功率值。在考虑经验值的情况下，将通过评估
算法提供的关键特征与机床，尤其是转轴的初始状态的数据进行比较。如果超过了预设
阈值，则将警告信息发送到机床控制器。目的是对机床的
轴承磨损和/或转轴损伤的预测性检测，以能够对目标状态的优化维护进行计划。机器可用性因此得到改善并且保证持久的
质量。避免了机床故障以及相关的
风险。
[0038] 所述处理单元可以被构造为向所述接收到的信号应用自动校正功能，以确定所述有效信号分量和/或所述干扰信号分量。
[0039] 所述处理单元还可以被构造为基于所述旋转驱动工具和/或所述至少一个切削刃的切入率(interruption rate)、切入深度(interruption depth)、速度、切削刃数量、环境空气湿度、回转周期、所接收到的信号的周期性、所述旋转驱动工具和/或所述至少一个切削刃的位置和/或工具类型，来确定所述干扰信号分量和/或所述有效信号分量，并提供与所述干扰信号分量和/或所述有效信号分量相关的信息以用于转发到所述机床的所述数字控制器。
[0040] 作为另一方案，提出了一种处理单元。用于测量和控制旋转驱动工具的所述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。所述处理单元被构造为从所述光接收单元接收
模拟信号，所述模拟信号与在第一测量位置处由所述旋转驱动工具和/或所述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。所述光栅布置还包括第一数字
接口，其被构造为将所述光栅布置的状态信息(例如，错误、待机、
电池不足、开始、结束)发送到所述处理单元并从所述处理单元接收控制信号。所述光栅布置还包括：低通滤波单元，其被构造为对所述模拟信号的高于预设极限频率的频率分量进行过滤；以及转换单元，其被构造为将经滤波的所述模拟信号转换为经滤波的
数字信号；以及第二数字接口，其被构造为将所述经滤波的数字信号发送到处理单元。所述处理单元被构造为接收和评估所述经滤波的数字信号，接收光栅布置的状态信息并将控制信号发送到所述光栅布置，其中，对所述处理单元所述接收到的信号的评估包括如下步骤：确定所述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。
[0041] 用于对经滤波的所述模拟信号进行
采样的所述数字接口的采样率可以被设定为所述旋转驱动工具和/或所述至少一个切削刃的切入率、切入深度、速度和切削刃数量。
[0042] 作为又一方案，提出了一种处理单元。用于测量和控制旋转驱动工具的所述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。所述处理单元被构造为从所述光接收单元接收模拟信号，所述模拟信号与在第一测量位置处由所述旋转驱动工具和/或所述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。所述光栅布置包括：数字接口，其被构造为将所述光栅布置的状态信息发送到所述处理单元和从所述处理单元接收控制信号；以及模拟接口，其与所述数字接口并行地连接，并被构造为将所述模拟信号发送到所述处理单元的低通滤波单元和从其接收控制信号。所述低通滤波单元被构造为对所述模拟信号的高于预设极限频率的频率分量进行滤波，并将经滤波的所述模拟信号发送到所述处理单元的转换单元。所述转换单元被构造为将经滤波的所述模拟信号转换为经滤波的数字信号，将所述数字信号发送到所述处理单元和从所述处理单元接收控制信号。所述处理单元被构造为评估所述数字信号和发送控制信号，其中，对所述处理单元接收到的所述数字信号的评估包括如下步骤：确定所述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(170)的数字控制器。
[0043] 用于对所述模拟信号进行采样的所述数字接口和/或所述转换单元的采样率可以被设定为所述旋转驱动工具和/或所述至少一个切削刃的切入率、切入深度、切入方向、速度和/或切削刃数量。
[0044] 作为另一方案，提出了一种处理单元。用于测量和控制旋转驱动工具的所述处理单元被集成到光栅布置中，所述光栅布置包括光发射单元和光接收单元。所述处理单元被构造为从所述光接收单元接收模拟信号，所述信号与在第一测量位置处由所述旋转驱动工具和/或所述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。所述光栅布置还包括通信单元、低通滤波单元和转换单元。所述通信单元被构造为将所述光栅布置的状态信息发送到所述处理单元并从所述处理单元接收控制信号。低通滤波单元被构造为对模拟信号的高于预设极限频率的频率分量进行滤波，并将所述经滤波的模拟信号发送到所述处理单元的转换单元。所述转换单元被构造为将所述经滤波的模拟信号转换为成比例的经滤波的数字信号，将所述经滤波的数字信号发送到所述处理单元并从所述处理单元接收控制信号。所述处理单元被构造为评估经滤波的所述数字信号和发送控制信号，其中，对所述处理单元接收到的所述经滤波的数字信号的评估包括如下步骤：确定所述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。
[0045] 根据前述示例性实施方式任一项的低通滤波单元可以是巴特沃斯(Butterworth)滤波单元、萨伦-凯(Sallen-Key)滤波单元，或n阶低通滤波单元，其中n是自然数。
[0046] 根据前述示例性实施方式中任一项的接口可以被形成为无线或有线地发送信号。
[0047] 根据前述示例性实施方式中任一项的的处理单元还包括数值存储单元，其中，所述数值存储单元被构造为存储有效信号分量、干扰信号分量、接收到的信号、信号的频率和/或幅度、工具相关信息(例如旋转驱动工具的切入率、切入方向、切削刃数量、各切削刃的切入深度、各切削刃的遮蔽时间、速度、形状和/或长度)，更以及针对特定任务的评估指令、结果状态(例如，结果是/不/存在的(result is/not/present)，结果是有效的)以及预置校准功能。
[0048] 此外，提出了一种机床，包括前述示例性实施方式的处理单元，其用于测量和控制旋转驱动工具。
[0049] 作为另一方案，提出了一种方法，其用于测量和控制旋转驱动工具。所述方法包括如下步骤：记录在第一测量位置由所述旋转驱动工具和/或所述旋转驱动工具的至少一个切削刃产生的遮蔽；产生与所产生的所述遮蔽至少近似成比例的信号；由接收到的信号确定干扰信号分量和/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/或所述信号相关的信息，以用于转发到机床的数字控制器。
[0050] 在该方法中，所述信号的频率和/或幅度可以是预设的，并且基于预设的所述频率和/或幅度来确定所述干扰信号分量和/或所述有效信号分量。
[0051] 所述方法还可以包括如下步骤：重复确定所述有效信号分量、所述干扰信号分量和/或所述信号。
[0052] 所述方法还可以包括如下步骤：比较重复确定的有效信号分量、所述干扰信号分量和/或所述信号；基于对重复确定的所述有效信号分量、所述干扰信号分量和/或所述信号的比较，来确定测量位置误差；基于所述测量位置误差，来确定第二测量位置；产生在第二测量位置处与由所述旋转驱动工具和/或所述旋转驱动工具的所述至少一个切削刃产生的遮蔽至少近似成比例的信号。
[0053] 可选地，所述方法还可以包括如下步骤：将重复确定的所述有效信号分量、所述干扰信号分量和/或所述信号进行叠加；对叠加的所述有效信号分量、所述干扰信号分量和/或所述信号应用针对
指定任务的阻挡滤波；确定应用了阻挡滤波的叠加的所述有效信号分量、所述干扰信号分量和/或所述信号的代表值；以及将与叠加的所述有效信号分量、所述干扰信号分量和/或所述信号的代表值相关的信息提供到所述机床的所述数字控制器。
[0054] 所述方法还可以包括以下步骤：基于所述有效信号分量、所述干扰信号分量和/或所述信号来确定所述旋转驱动工具和/或所述至少一个切削刃的形状和/或长度和/或所述切削刃数量；将与所述旋转驱动工具和/或所述至少一个切削刃的形状和/或长度和/或所述切削刃数量相关的信息提供到所述机床的所述数字控制器。
[0055] 在此情况下，确定所述旋转驱动工具和/或所述至少一个切削刃的形状和/或长度和/或所述切削刃数量的步骤还包括如下步骤：使用预置校准功能，其表明由所述旋转驱动工具和/或所述至少一个切削刃产生的遮蔽与相关的至少近似成比例的信号之间的关系。
[0056] 所述方法还可以包括以如下步骤：通过将所确定的旋转驱动工具的形状和/或长度和/或切削刃数量与已知工具的形状和/或长度和/或切削刃数量比较，来识别所述旋转驱动工具。
[0057] 所述方法还可以包括如下步骤：确定所述遮蔽的局部最大值，以确定所述旋转驱动工具和/或所述至少一个切削刃的长度；以及将与所述遮蔽的最大值相关的信息提供到所述机床的所述数字控制器。
[0058] 确定所述遮蔽的局部最大值还包括如下步骤：确定所述信号的对称或近似对称信息区域；利用正弦回归、多项式回归、高斯回归和/或指数平滑将所述对称或近似对称信号区域进行拟合；以及确定对称或近似对称经拟合的信号区域中的局部最大值。
[0059] 可选地，可以通过峰值检测来确定所述局部最大值。
[0060] 所述方法还可以包括如下步骤：基于所述有效信号分量和/或所述干扰信号分量确定所述旋转驱动工具和/或所述至少一个切削刃的污染和/或瑕疵；如果确定了污染，则还包括如下步骤：提供与所述旋转驱动工具和/或所述至少一个切削刃的清洁信号相关的信息；如果确定了瑕疵，则还包括如下步骤：提供与警告信号相关的信息。
[0061] 如果所述旋转驱动工具具有多个切削刃，则所述方法还包括如下步骤：记录由所述旋转驱动工具的多个切削刃在光束中产生的遮蔽；产生与所产生的所述遮蔽成比例的信号；确定所述成比例的信号的干扰信号分量和/或有效信号分量。
[0062] 如果所述旋转驱动工具具有多个切削刃，则所述方法可以包括以下步骤：基于所述成比例的信号的所述有效信号分量来确定所述旋转驱动工具的最短和最长切削刃；以及如果重复接收到的信号的有效信号分量和/或干扰信号分量彼此偏离预设值，则基于所确定的所述旋转驱动工具的最短和最长切削刃来确定同心度误差。
[0063] 在该方法中，通过应用自动校正来确定所述有效信号分量、所述干扰信号分量和/或所述信号。
[0064] 此外，在该方法中，可以基于所述旋转驱动工具和/或所述至少一个切削刃的切入率、切入方向、切入深度、遮蔽阈值、每切削刃的遮蔽时间、速度、切削刃数量、环境空气湿度、回转周期、所述接收到的信号的周期性、所述旋转驱动工具和/或所述至少一个切削刃的位置和/或工具类型，来确定所述干扰信号分量和/或所述有效信号分量，并将与所述有效信号分量和/或所述干扰信号分量相关的信息作为信息提供到所述机床的所述数字控制器。
[0066] 由当前优选变型的以下描述以及附图得到本文所述的方法和设备的进一步的细节、特征、优点和效果。这些附图示出了：
[0067] 图1根据第一实施方式的用于测量和控制旋转驱动工具的处理单元的示意图；
[0068] 图2至4第一处理单元的变型运行时信号路径图的示意图；
[0069] 图5用于测量和控制旋转驱动工具的方法的
框图；
[0070] 图6第一处理单元的变型运行时信号路径图和信号的叠加的示意图；
[0071] 图7光束的校准功能的示意图
[0072] 图8第一处理单元的变型运行时信号路径图以及信号路径图的局部的示意图；
[0073] 图9根据第二实施方式的用于测量和控制旋转驱动工具的处理单元的示意图；
[0074] 图10根据第三实施方式的用于测量和控制旋转驱动工具的处理单元的示意图；
[0075] 图11根据第四实施方式的用于测量和控制旋转驱动工具的处理单元的示意图。
具体实施方式
[0076] 在图1中，示意性地图示了根据第一实施方式的用于测量和控制旋转驱动工具160的处理单元150。旋转驱动工具160被夹持在机床170中，并能够由此移动到第一测量位置。旋转驱动工具160优选地
定位于此使得至少工具160的一部分或至少工具的切削刃180至少部分地突伸到光束140中，工具160和/或至少一个切削刃180遮挡光束140的一部分，其因而由点划线表示。
[0077] 光栅布置110包括光发射单元120和光接收单元130。光发射单元120被构造为发射光束140，并且光接收单元130被构造为接收光束140。这里，由光发射单元120发射的光是激光。此外，光接收单元130连接到处理单元150，使得处理单元150接收与在第一测量位置处由旋转驱动工具160和/或旋转驱动工具160的切削刃180产生的遮挡至少近似成比例的信号。
[0078] 处理单元150评估接收到的信号，处理单元150确定接收到的信号的干扰信号分量和/或有效信号分量。处理单元150可以进一步连接到机床170的数字控制器(此处未图示出)，并能够提供与所述干扰信号分量、所述有效信号分量和/或所述接收到的信号相关的信息。
[0079] 光接收单元130与处理单元150之间的通信，以及所述处理单元与机床170的数字控制器之间的通信这里以有线的方式进行，但是也可以无线进行。此外，处理单元可以从机床170的数字控制器接收信号并对这些信号进行处理。处理单元150这里还被构造为将控制信号发送到光接收单元130和/或光发射单元120，以对其进行控制。可选地或者附加地，光接收单元130和光发射单元120可以连接到机床的数字控制器并可以由此受到控制。
[0080] 为了更好地解释接收到的信号的干扰信号分量和/或有效信号分量的确定，在图2至4、6和7中示出示意性的信号路径图。
[0081] 在图2中，示出了放大的光束140以改善可视性。具有至少一个切削刃180的旋转驱动工具160部分地布置在光束140中，并通过机床170绕与光束140垂直延伸的
旋转轴线旋转。示出在工具160内侧的箭头在这里意图表示旋转的方向，其在该情况下是顺
时针。
[0082] 图2中还示出了信号路径图200，其中x轴表示时间，且y轴表示
电压。电压信号在此情况下由光接收单元130产生，并且是与遮挡成比例的信号。如果光吸收或光散射粒子(例如，冷却剂液滴、碎屑或碎片)、旋转驱动工具160或该至少一个切削刃180均不位于光束140中，光接收单元130产生与光束140成比例的电压信号Uoff，其再现在本情况下0％的遮挡。
[0083] 如果工具160位于如图2所示的位置，使得该工具至少部分地突伸到光束140中而至少一个切削刃180未突伸到光束140中，则光接收单元130产生电压信号U160(t0。与由工具160产生的遮蔽对应，电压信号U160低于电压信号Uoff。由工具160产生的遮蔽相对于光束140的横截面的比例至少近似地对应于电压信号Uoff与电压信号U160的比例。如图2所示的信号路径图以及随后的图是用于解释的目的，并因此可能与真实的信号
电路图产生偏差。
[0084] 由于工具160的旋转，至少一个切削刃180在时间t1切入光束140，并产生了开始增大直到峰值的遮蔽，在峰值处由光接收单元130产生电压信号U180。由于工具160的持续渐进的旋转，至少一个切削刃180的遮蔽在此后见效，直到至少一个切削刃切削刃180从时间t2起不再于光束140中产生任何遮蔽，并且仍由光接收单元130产生仅由工具160导致的电压信号U160。信号路径图200再现了工具160绕旋转轴线完整回转得到的电压-时间曲线。
[0085] 由于没有任何类型的干扰因素(例如，光吸收或光散射粒子)位于光束140中，所以由光接收单元130产生的信号特定地对应于工具160和/或至少一个切削刃180的的遮蔽。基于例如工具160的电压信号U160与至少一个切削刃180的电压信号U180之间的差值之类的关系(connection)，处理单元150确定至少一个切削刃的长度。因为转速，类似于遮蔽与产生遮蔽的工具160和/或至少一个切削刃180的相关长度之间的关系，对于处理单元150也是已知的，处理单元150可以额外地或可选地确定至少一个切削刃180的形状。
[0086] 在现有的用于控制旋转驱动工具的测量中，在轴向移动期间执行测量。这意味着在旋转驱动工具正在旋转的情况下将工具移动进入光栅布置的激光束中。对该测量位置读取切换信号，其中所述切换信号对应于光栅布置的光束的预设部分遮蔽或完全遮蔽。接着使用校准值计算在该切换信号处的测量位置，执行所谓飞行测量(flying measurement)。通过从切换时间时的测量位置减去在界定的遮蔽程度(校准值)时的已知光束位置，来确定工具的长度。
[0087] 与此过程相比，本
申请公开了利用静态轴线进行测量。为此，工具160首先被设定到相对于光栅布置110的光束140的特定位置。在图2中，在所设定的位置处，工具160已经部分地位于光栅布置110的光束140中。可选地，工具160也可以布置在光束140外部。因此将工具160的当前测量位置和切入深度相加。从此和值减去处于界定的遮蔽程度的已知光束位置，从而确定工具和/或工具的至少一个切削刃的长度。
[0088] 处理单元150还被构造为将与接收到的信号、至少一个切削刃180的长度或形状相关的信息转发到机床170的数字控制器。
[0089] 参照如图2所示的过程，确定至少一个切削刃180的长度和/或形状。如果将工具160沿着与光束140垂直的第一方向移动到光束140中直到工具160完全位于光束140内或引起光束140的完全遮蔽，则可以类似地确定工具160的长度和/或形状。接着将工具160沿着与第一方向相反的第二方向移动离开光束140。基于由光接收单元130产生的信号，处理单元150确定工具160的长度和/或形状。工具160的长度在图2中应理解为工具160的与光束
140垂直延伸的直径。
[0090] 可选地或附加于工具旋转驱动工具160和或至少一个切削刃的长度和/或形状。处理单元150被构造为参照基于信号U180确定的长度和/或形状与先前测量确定的长度和/或形状和/或预设长度和/或形状之间的比较，来判断是否存在工具160和/或至少一个切削刃180的缺陷。该缺陷可以是断裂或弯曲的切削刃180和/或弯曲的工具160。至少一个切削刃
180和/或工具160的实际状态与初始新制造状态之间的区别可以被界定为缺陷，并可以由处理单元150确定。可选地，可以设立用于区别程度的阈值。如果区别低于阈值，则认为是仍然可接受的区别，由此可以满足制造产品的要求。如果区别超过阈值，必须修理或更换工具
160。处理单元150将与缺陷相关的信息提供到机床170的数字控制器，其基于信息使得机床停机。
[0091] 处理单元150还被构造为基于所确定的工具160和/或至少一个切削刃180的长度和/或形状，和/或在多个切削刃的情况下切削刃数量，通过与预设的工具的长度和/或形状和/或工具的切削刃数量进行比较，来识别工具160。
[0092] 如图3所示的情况类似于如图2所示的情况，区别在于，在信号路径图300的测量时液滴310位于光束140中。这里假定例如针液滴310，其是实质上不透光的油滴。这里，从液滴310引出的箭头表示液滴310在光束140中的移动方向，其中在此情况下移动方向与光束140垂直地延伸。液滴310理想化地表示为图3中的圆形，其中其形状可以随着其经过光束140而改变。液滴310还在t1和t2之间的时间位于光束140中。
[0093] 如在信号路径图300中观察到的，至少一个切削刃180的电压信号U180(见虚线信号图)被液滴310的电压信号U310叠加。如果处理单元150将要基于电压信号U310在不区别有效信号分量和干扰信号分量的情况下确定至少一个切削刃180的最大长度和/或形状，这将导致与先前基于电压信号U180或预先界定所确定的最大程度和/或形状相关的显著偏差。可以因此提前认定例如同心度误差，这将导致机床170的停机或工具160的更换。
[0094] 由于重力
加速度，液滴310移动的速度与滴落距离成比例地升高。这里液滴310的移动速度的常见值是在0.1m滴落距离的情况下的80m/min和在0.2m滴落距离的情况下的112m/min。基于电压信号U180，处理单元150还确定转速与成比例地增大或减小的遮蔽之间的关系。油液滴310产生的遮蔽相比由工具160和至少一个切削刃180产生的遮蔽而言每单位时间增大或减小得更快或更慢。处理单元150因此被构造为确定电压信号U180的有效信号分量和干扰信号分量。参照有效信号分量U180，处理单元150确定至少一个切削刃180的形状和/或长度，和/或旋转驱动工具160的切削刃数量。
[0095] 可选地或附加地，重复信号路径的测量数次。因为液滴310的进入是独有事件，处理单元150被构造为将多个信号路径图彼此比较，且不将其中在光束140中存在液滴310的信号路径图用于测量和控制工具160和至少一个切削刃180。
[0096] 处理单元150还被构造为基于一个或多个有效信号分量确定工具160的同心度误差。如果在重复测量时有效信号分量或所确定的长度彼此偏离特定的极限值，则处理单元150被构造为将与同心度误差相关的信息提供到机床170的数字控制器。
[0097] 如果工具160具有多个切削刃180，则处理单元150被构造为对于多个切削刃180的每一个均基于相关的有效信号分量来确定长度和/或形状。处理单元150还被构造为基于有效信号分量确定最短和最长切削刃180。
[0098] 如已经描述的，工具160和/或至少一个切削刃180被定位在用于测量和控制工具旋转驱动工具160和/或至少一个切削刃的第一位置。基于重复执行的测量，处理单元150被构造为基于重复确定的有效信号分量、干扰信号分量和/或接收到的信号来确定测量位置误差。如果工具160和/或至少一个切削刃180被错误地布置在光束140中，则测量位置误差导致存在缺陷的接收到的信号。例如，在测量位置误差的情况下，电压信号原本的连续曲线变化可以在不存在污染物的情况下具有两个尖端，因此具有与电压信号的峰值平行的两个最大值。这样的电压信号变化被处理单元150检测到。光束140以及工具160和/或至少一个切削刃180的位置对于处理单元150是已知的或可以由此确定。基于所确定的有缺陷的电压信号，处理单元150确定工具160和/或至少一个切削刃180所移动到的第二测量位置。在此情况下，第二测量位置对应于不再发生两个尖端的校正位置。可选地，可以执行径向测量，因此执行从光束140的内侧(例如，光束140的中心)到外侧(边缘)的测量，其中如果检测到干净的信号变化(例如，正弦变化)而不是两个尖端则仅产生切换点。
[0099] 为了测量位置误差，可以额外或可选地记录并存储处于新状态(干燥、清洁)的工具的信号形状。如果工具160的其后测量中的信号形状相比所存储的信号形状偏离了预设阈值，则执行清洁处理。在利用空气进行清洁时，杂质可能残留在工具160的至少一个切削刃180或工具160自身上。在这些情况下，延长利用空气进行清洁的时间是低效的。因此必须将干扰信号分量滤波(filtered)/与有效信号分量以及仅由有效信号获得的
开关点/测量值相分离。
[0100] 用于防止测量位置误差的另一可行方案是不仅在工具160的一个点进行测量，而是在工具160的较短区段上(例如，沿着工具160在钻孔方向(boring direction)上延伸的长度)进行测量。如果工具160的至少一个切削刃180的遮蔽随着沿工具160的至少一个切削刃180的记录位置改变而改变，则涉及以下三种情况中的至少一种。这是污染物(例如，灰尘颗粒)，其导致在工具160的至少一个切削刃180在较短区域上更强的遮蔽。这可以是断裂(break)，其导致工具160的至少一个切削刃180在较短区域上更弱的遮蔽。这可以是圆
角半径，其中留下正确测量位置以用于长度测量。
[0101] 在信号路径图的测量中，其他影响可以是光栅布置或机床170的振动或甚至发生冲击数次。这在图4中示出，其中如例如方向十字410所表示的，振动或冲击可能沿着数个空间方向。虚线表示未受干扰的信号，其被干扰信号410
覆盖。
[0102] 根据干扰410，由光接收单元130输出在信号变化中标记了
波动的信号路径图400。这些波动对应于干扰信号分量，因为除非将信号分为有效信号分量和干扰信号分量，否则工具和/或至少一个切削刃180的清晰的长度和/或形状的确定是不可能的。工具160和/或至少一个切削刃180的频率和/或振幅可以是预设的。处理单元150被构造为根据基于预设的频率和/或振幅得到的信号来确定有效信号分量和/或干扰信号分量。换言之，处理单元
150将从光接收单元130接收到的信号分为与电压信号分量U160至少近似对应的有效信号分量和与电压信号分量U410至少近似对应的干扰信号分量。基于有效信号分量，处理单元150确定工具160和/或至少一个切削刃180的形状和/或长度。
[0103] 处理单元150被构造为基于有效信号分量和/或干扰信号分量确定工具160和/或至少一个切削刃180的污染和/或瑕疵。
[0104] 在机床170和具有至少一个切削刃180的工具160的使用期间，例如当在待加工材料中钻孔时产生碎屑，其碎屑可以粘附到机床170、工具160和/或至少一个切削刃180。为了去除对于机床170、工具160、至少一个切削刃180以及待加工材料均不期望的碎屑或其他残留产物，可以使用压缩空气或例如冷却剂或清洁流体之类的流体。此外，甚至可以与污染无关地使用冷却剂来冷却机床170、工具160和/或至少一个切削刃。
[0105] 如图3所示，在工具160和/或至少一个切削刃180的测量时光束140中的液滴310导致电压信号U310，其与电压信号U180急剧偏离并因此扰乱由光接收单元130接收到的信号。这与当例如碎屑粘附到工具160和/或至少一个切削刃180时的情况相似，因为这也类似地导致由光接收单元130接收到的信号的扰乱。
[0106] 如已经解释的，处理单元150被构造为确定接收到的信号的有效信号分量和干扰信号分量。如果处理单元150发现例如至少一个切削刃180的有效信号分量对应于该至少一个切削刃180的预设长度，则其推断该至少一个切削刃180处于完美状态。相反，则意味着由于例如碎屑或液滴310之类的污染而产生电压信号U310。处理单元150被构造为基于干扰信号分量确定工具160和/或至少一个切削刃180的污染并将清洁信号提供到机床170的数字控制器。机床170的数字控制器被构造为基于由处理单元150提供的清洁信号来开始对工具160和/或至少一个切削刃的清洁，或者对机床170的整个布置(complete arrangement of the machine tool 170)的清洁。通过由例如另一清洁单元提供的压缩空气、清洁流体(例如，
水)和/或冷却剂来执行清洁。机床170的数字控制器可以经由处理单元150或直接向机床170和/或光栅布置110传送停止信号，以在清洁处理期间中断测量，以及启动信号以重启机床170和/或光栅布置110。
[0107] 处理单元还被构造为基于有效信号分量和干扰信号分量确定工具160和/或至少一个切削刃180的瑕疵。瑕疵可以是破损、缩短和/或弯曲的切削刃180或者
变形的工具。具有瑕疵的工具160和/或至少一个切削刃180可以导致缺陷产品结果并被放弃继续在机床170中使用。
[0108] 例如，如果至少一个切削刃180的一片尖端破损，由光接收单元130接收到的信号的有效信号分量较小，因此所确定的至少一个切削刃180的长度也较小。如果处理单元150确定工具和/或至少一个切削刃180的瑕疵，则处理单元将警告信号提供到机床170的数字控制器。基于警告信号，机床170的数字控制器停止机床170和/或光栅布置110，或者开始进行(initial)机床170和/或光栅布置110的加工停止(machining stop)，以防止缺陷产品结果和弃用(reject)。
[0109] 图5图示了用于控制工具160和/或至少一个切削刃180的方法500。以下对所述方法进行解释以用于对光栅布置110、具有工具160和至少一个切削刃180以及处理单元150的机床170的如图1所示的布置更好的
可视化，但是所述方法不限于此布置或与特定单元的方法步骤的关联。
[0110] 在第一步骤510，由工具160和/或至少一个切削刃180产生的光束140的遮蔽被光接收单元130在第一次测量位置处记录。在下一步骤520，处理单元150接收由光接收单元130产生的与遮蔽至少近似成比例的信号。然后在步骤530，所述接收到的信号的干扰信号分量和/或有效信号分量由处理单元150确定，并在步骤540以与所述有效信号分量、所述干扰信号分量和所述接收到的信号相关的信息的形式提供到机床170的数字控制器。
[0111] 确定所述有效信号分量和/或所述干扰信号分量的步骤530可以包括中间步骤，如先前或者如下对于处理单元150所描述的。
[0112] 图6示出了对至少一个切削刃180的电压信号U180的多次测量的信号路径图600，其中例如振动或冲击之类的干扰410扰乱了测量并导致电压信号U410。为了最小化电压信号的扰乱，处理单元150被构造为将多次记录的电压信号叠加。处理单元150还被构造为将对叠加的电压信号应用合适的阻挡滤波(block filter)，以最小化干扰，如信号路径图700所示。基于已经使用了合适的阻挡滤波进行处理的叠加电压信号，处理单元150确定使用合适的阻挡滤波处理过的叠加电压信号的有效信号分量和/或干扰信号分量。
[0113] 可选地或附加地，处理单元150已经参考路径图600的电压信号分别确定电压信号的有效信号分量和/或干扰信号分量。所述有效信号分量和/或所述干扰信号分量接着由处理单元150进行叠加，并应用合适的阻挡滤波。
[0114] 光接收单元130产生与工具160和/或至少一个切削刃180的遮蔽成比例的信号。这里，首先假定光束140是至少近似圆形的，由此对于切入光束的路径截面和与此相关的遮蔽而言不产生区别。但是，实际上，不能总是假定近似圆形的光束140。在图7中，示出了椭圆形的光束140，其在x方向上比在y方向上更大。由于光束140的椭圆形状，信号曲线在工具160和/或至少一个切削刃180仅沿x轴或仅沿y轴向光束140的中心移动的情况明显不同。
[0115] 因为图7中的光束在y方向上的直径小于x方向上的直径，所以光束140在y方向上遮蔽的距离y1比x方向上被遮蔽的距离x1更多。换言之，工具160和/或至少一个切削刃180将不得不在x方向上比y方向上进一步移动，以产生相同程度的遮蔽，因此由光接收单元130产生相等的、至少近似比例的信号。
[0116] 为了在工具160和/或至少一个切削刃的测量和控制期间将非理想对称的光束140纳入考量，处理单元150被构造为在确定工具160和/或至少一个切削刃180的长度和/或形状时使用校准功能。校准功能可以由处理单元150在初始化阶段确定或已经预设。
[0117] 如果工具160从方向810移动到光束140中，工具和/或至少一个切削刃的所确定的长度和/或形状在没有校准功能的情况下将不与例如工具160的预设形状和/或长度相一致，并且处理单元150会错误地确定瑕疵或长度测量误差。由于处理单元150使用校准功能，其功能再现了由工具160和/或至少一个切削刃产生的遮蔽与相关的近似成比例的信号之间的关系，避免在非理想对称光束140的情况下错误确定瑕疵或长度测量误差。
[0118] 为了确定工具160和/或至少一个切削刃切削刃180的长度，处理单元150被构造为确定由光接收单元130接收到的电压信号的对称或近似对称区域，以确定信号电压的最大值。如将在图8所示的信号路径图900中将看到的，电压信号是不对称的。处理单元150发现近似对称的电压信号的区域，例如由信号路径图900中的虚线矩形所示的。信号路径图1000示出了来自信号路径图900的与虚线矩形的区域对应的提取部分。
[0119] 如信号路径图1000所示，电压信号的此区域对称或近似对称，且处理单元150确定此区域内的最大值。基于所确定的最大值，处理单元150然后确定工具160和/或至少一个切削刃180的长度。
[0120] 可选地，处理单元150利用拟合线1010来拟合电压信号的对称或近似对称区域，以确定最大值。拟合线1010是正弦回归、多项式回归、高斯回归和/或指数平滑。
[0121] 图9示出了具有处理单元1150的另一
实施例，其中处理单元1150经由第一数字接口1140连接到光栅布置110，第一数字接口1140被构造为将光栅布置的状态信息发送到处理单元并从处理单元接收控制信号。与第一数字接口1140并行，处理单元1150经由第二数字接口1130，经由转换单元1120和低通滤波单元1110连接到光接收单元130。由划线框所示，第一数字接口1140、第二数字接口1130、转换单元1120和低通滤波单元1110被集成到光栅布置110中，其中第一数字接口1140和/或第二数字接口1130通过线缆连接到处理单元1150，但也可以无线地连接至此。由光接收单元130发送的模拟信号的频率(其频率高于特定极限频率)可以通过低通滤波单元1110进行滤波，并且被清除掉高频干扰信号的模拟信号可以被转发到转换单元1120，转换单元1120被构造为将经滤波的模拟信号转换为成比例的经滤波的数字信号。所述经滤波的数字信号由转换单元1120传导到第二数字接口1130。
数字接口1130通过线缆连接到处理单元1150，但是也可以无线地连接至此。如已经描述的，处理单元1150被构造为确定数字信号的有效信号分量和干扰信号分量，并将与所述有效信号分量、所述干扰信号分量和/或数字信号相关的信息提供到机床170的数字控制器。
[0122] 用于对经滤波的模拟信号进行采样的第二数字接口1130的采样率被设定为工具160和/或至少一个切削刃在光束140中的切入率、切入深度、切入方向、速度和/或切削刃数量。
[0123] 图10示出了具有处理单元1250的另一实施例，其中处理单元1250经由数字接口1240和模拟接口1230连接到光栅布置110。数字接口1240被构造为将光栅布置110的状态信息发送到处理单元1250并从处理单元1250接收控制信号。在此实施方式中，由光接收单元
130产生的与遮蔽至少近似成比例的模拟信号被转发到模拟接口1230。模拟接口1230将模拟信号作为模拟
差分信号继续发送到低通滤波单元1210，低通滤波单元1210被构造为对模拟信号的高于预设极限频率的频率分量进行滤波。经滤波的模拟信号由低通滤波单元1210发送到转换单元1220，其接着将经滤波的模拟信号转换为经滤波的数字信号。滤波单元
1220将经滤波的数字信号发送到处理单元1250。在如图10所示的实施方式中，数字接口
1240和模拟接口1230被集成到光栅布置110中，如划线所示。低通滤波单元1210和转换单元
1220被集成到处理单元1250中，如点虚线所示。
[0124] 图11示出了具有处理单元1350的另一实施例，其中，处理单元1350被集成到光栅布置110中。处理单元1350经由数字接口1340连接到光栅布置110，数字接口1340被构造为将光栅布置110的状态信息发送到处理单元1350并从处理单元1350接收控制信号。在此实施方式中，由光接收单元130产生的与遮蔽至少近似成比例的模拟信号被直接转发到低通滤波单元1310，其被构造为对模拟信号的高于预设极限频率的频率分量进行滤波。经滤波的信号由低通滤波单元1310继续发送到转换单元1320，其接着将经滤波的模拟信号转换为经滤波的数字信号。在如图11所示的实施方式中，处理单元1350、数字接口1340、低通滤波单元1310和转换单元1320被集成到光栅布置110中，如划线所示。
[0125] 处理单元1150、1250、1350可以具有与处理单元150相同的特征。仅描述针对处理单元1150、1250、1350的附加补充特征。
[0126] 先前所述实施方式的处理单元150、1150、1250、1350可以附加地连接到数值存储单元。数值存储单元被构造为存储和再现由光接收单元130接收到的信号的有效信号分量和/或干涉信号分量。此外，数值存储单元可以被构造为存储由处理单元150、1150、1250、1350确定的工具160和/或至少一个切削刃180的长度和/或形状、各切削刃的切入深度、各切削刃的遮蔽时间和校准功能，以及经拟合的信号路径图。此外，数值存储单元可以被构造为存储由机床170的数字控制器接收到的工具相关信息，例如旋转驱动工具的切入率、切入方向、切削刃数量、形状和/或长度，以及针对目标的评估指令。
[0127] 用于对模拟信号/经滤波的模拟差分信号进行采样的数字接口1130和/或转换单元1120、1320的采样率被设定为工具160的和/或至少一个切削刃180在光束140中的切入率、切入方向、速度和/或切削刃数量。
[0128] 先前描述的方法或装置的变型及其功能和运行方面仅用于更好地理解功能、功能模式和性质；它们并不将本公开限制于例如示例性实施方式。附图是部分示意性的，其中基本属性和效果在某些情况下显著放大地示出，以清楚表明功能、运行原理、技术构造和特征。本文中，以附图或文字公开的每个功能模式、每种原理、每种技术构造和每个特征可以自由地以任意方式与全部
权利要求相结合，与文字或其他附图中的每一个特征，与在此公开中包含或从其得到的其他功能模式、原理、技术构造和特征相结合，由此所有可想到的组合都将于所描述的方法和设备相关联。此处，组合还包括在文本中的所有单独实施方式实施例之间，
说明书各部分的含义之间、权利要求书之间，甚至文本、权利要求书和附图中的不同变型的组合之间。对于本文所述的数值范围，是全所有数值中间值均被公开的情况。
[0129] 即使权利要求书并未限制公开，因此未限制所述全部特征彼此的组合选项。所公开的全部特征这里还以单独地以及与全部其他特征组合的方式明示公开。
