用于对工件进行几何测量的装置和方法 技术领域 本发明涉及一种用于对工件进行几何测量的装置， 包括具有流动通道的壳体， 在 该流动通道内布置有用于以测量流体通流的基准喷嘴， 该装置包括用于在基准喷嘴上游测 量第一测量流体压力的压力测量装置和用于在基准喷嘴下游测量第二测量流体压力的第 二压力测量装置。
背景技术 这种装置由 DE 102 36 402 A1 公知。
这种类型的装置例如应用于测量工件的内径或者外径。在此， 向流动通道输送 测量流体。测量流体沿测量流体流动方向通流流动通道。测量流体被施加第一测量流体 压力， 首先通流布置在流动通道内的基准喷嘴， 然后输送给与流动通道以流体有效的方式 (fluidwirksam) 连接的测量喷嘴。 测量流体从测量喷嘴出来流入测量喷嘴与待测量的工件 之间的、 作为节流点起作用的间隙内。依赖于工件几何的间隙大小影响间隙的节流作用并
因此影响处于基准喷嘴与测量喷嘴之间的、 在基准喷嘴下游的第二测量流体压力。按照这 种方式， 可以通过测量第一测量流体压力和第二测量流体压力来确定工件几何。
在大量的工件中， 例如在喷射泵或者机床的部件中， 要求以最小公差来制造工件 尺寸并检验这些工件尺寸的遵守情况。 发明内容 由此出发， 本发明的目的在于， 完成一种开头所称类型的装置， 该装置能够实现特 别精确的几何测量。
该目的在开头所称类型的装置中依据本发明通过如下方式得以实现， 即， 该装置 包括用于测量处于基准喷嘴上的测量流体压差的压差测量装置。
第一压力测量装置和第二压力测量装置例如能够以第一压力传感器或第二压力 传感器的形式构成。 这些压力测量装置分别测量在测量流体的流动方向上观察处于基准喷 嘴前面的第一压力测量值和在测量流体的流动方向上观察处于基准喷嘴后面的第二压力 测量值。这些压力测量值可以是绝对压力或者相对压力， 例如相对于装置的环境压力的相 对压力。
相对于第一压力测量装置和第二压力测量装置附加地设置的压差测量装置现在 能够实现的是， 直接测量处于基准喷嘴上的测量流体压差。 因此， 相对于第一压力测量装置 的测量信号和第二压力测量装置的测量信号附加地提供第三压力测量值形式的第三测量 信号， 该第三测量信号可以用来确定工件的尺寸。总计至少三个压力测量装置中的每个压 力测量装置都产生测量信号， 该测量信号受制于测量精度并且因此并不总是在数学上精确 地相应于实际存在的压力值。借助于第三测量信号现在可以对这些测量精度进行补偿， 方 法是 ： 将所有三个测量信号用于确定工件的尺寸， 和 / 或者方法是 ： 首先检验三个测量信号 的合理性， 之后将这些测量信号中的至少两个测量信号用于确定工件的尺寸。利用依据本
发明的装置可以实施对工件的几何测量， 即使在仅使用总计至少三个可供使用的压力测量 装置中的两个压力测量装置的情况下也可以实施对工件的几何测量。
此外， 通过使用总计三个压力测量装置能够以简单的方式实现的是， 可以确定三 个测量装置之一的故障， 例如方法是 ： 将借助压差测量装置所测得的压差与在第一压力测 量值与第二压力测量值之间通过计算求得的差进行比较。
压差测量装置以具有优点的方式在基准喷嘴上游和下游与流动通道以流体有效 的方式连接。这能够实现直接地和精确地测量处于基准喷嘴上的测量流体压差。
优选的是， 压差测量装置以压差传感器的形式构成。这能够提供一种结构紧凑的 压差测量装置。
此外， 优选的是， 压差测量装置布置在壳体上或者内， 从而可以完成一种结构紧凑 的装置。
本发明的目的在开头所称类型的装置中依据本发明还通过如下方式得以实现， 即， 该装置包括用于对测量流体湿度进行测量的湿度测量装置。 尤其优选的是， 该装置包括 用于测量处于基准喷嘴上的测量流体压差的压差测量装置和用于对测量流体湿度进行测 量的湿度测量装置。
测量流体的湿度含量影响测量流体的粘度并因此影响经过装置的流动通道流动 的测量流体量和在流动方向上观察处于基准喷嘴前面或者后面的测量流体压力。 例如将压 缩空气用作测量流体， 该压缩空气的湿度可以依赖于压缩空气的制备质量而变化。测量流 体较高的湿度提高了粘度， 由此， 经过流动通道流动的测量流体量减少并且处于流动通道 内的测量流体压力增加。
借助于湿度测量装置可以将测量流体湿度用作另一用于确定工件尺寸的参数， 由 此提高确定这种尺寸的精度。
有利的是， 湿度测量装置具有与流动通道以流体有效的方式连接的湿度测量面。 这能够实现直接对流经流动通道的测量流体的湿度进行测量。
以具有优点的方式， 湿度测量装置以湿度传感器的形式构成。这能够实现提供一 种结构紧凑的湿度测量装置。
此外， 优选的是， 湿度测量装置布置在壳体上或者内。 这能够实现提供一种结构紧 凑的装置。
特别优选的是， 该装置包括用于对测量流体温度进行测量的温度测量装置。由此 提供用于确定工件尺寸的另一参数。该参数特别重要， 因为它直接影响经过流动通道流动 的测量流体量， 但也影响依赖于基准喷嘴材料的温度系数而发生变化的基准喷嘴几何结 构。
有利的是， 温度测量装置具有与流动通道以流体有效的方式连接的温度测量面。 这能够实现直接对测量流体的温度进行测量。
优选的是， 温度测量装置以温度传感器的形式构成。
此外有利的是， 温度测量装置布置在壳体上或者内。
在本发明另一种优选的实施方式中， 设置有用于测量装置环境温度的环境温度测 量装置。这种环境温度测量装置能够实现的是， 提供用于确定工件尺寸的另一参数。对此 可供选择地或者附加地可以实现的是， 对装置本身的温度、 装置测量喷嘴的温度和 / 或者工件的温度进行测量。但借助于环境温度测量装置可以实现的是， 在将装置环境的与时间 单位相关的温度变化保持在对生产条件来说常见的框架内时， 至少推断出装置的温度、 装 置的测量喷嘴的温度和 / 或者工件的温度。
按照本发明的一种实施方式， 环境温度测量装置具有与装置的环境以流体有效的 方式连接的温度测量面。这能够实现直接测量环境温度。
对此可供选择地或者附加地， 具有优点的是， 环境温度测量装置具有在中间安设 有中间体的情况下与装置环境保持热接触的温度测量面。 这种中间体例如可以通过装置的 保护温度测量面免受机械影响的壳体段形成。使用中间体此外能够实现的是， 使环境温度 测量装置对例如由于生产人员的触摸接触而出现的短时间热干扰的反应不那么敏感。
此外， 优选的是， 环境温度测量装置以温度传感器的形式构成。
有利的是， 环境温度测量装置布置在壳体上或者内， 从而可以完成一种结构紧凑 的装置。
以具有优点的方式， 该装置包括用于评估至少一个测量装置的信号的评估单元。 该评估单元同样可以布置在壳体上或者内。对此可供选择地或者附加地， 评估单元也可以 设置在装置的外面 ( 外部 )。 该装置的测量装置， 即第一压力测量装置和 / 或者第二压力测量装置和 / 或者压 差测量装置和 / 或者湿度测量装置和 / 或者用于对测量流体温度进行测量的温度测量装 置和 / 或者用于对装置的环境温度进行测量的环境温度测量装置， 可以通过如下方式来配 置， 即， 使它们提供模拟或者数字测量值。 可以为这些测量装置中的每个测量装置分配自己 的地址。至少一个测量装置与评估单元的耦合可以有线地或者无线地进行。
优选的是， 至少一个测量装置与评估单元之间的数据传输通过总线系统进行。
以具有优点的方式， 该装置包括用于以测量流体通流的测量喷嘴。测量流体在该 装置工作时首先通流基准喷嘴然后通流测量喷嘴。 测量喷嘴以其几何结构与待确定的工件 尺寸相配合。 例如， 为了测量工件的内径可以使用塞规， 而为了测量工件的外径可以使用环 规。
依据本发明的装置能够实现的是， 高精度地确定气缸和活塞的尺寸， 尤其是高精 度地确定设置应用于喷射泵的气缸和活塞的尺寸。
本发明此外涉及一种用于对工件进行几何测量的方法， 其中， 布置在壳体的流动 通道内的基准喷嘴被以测量流体通流， 其中， 在基准喷嘴上游对第一测量流体压力进行测 量， 并且其中， 在基准喷嘴下游对第二测量流体压力进行测量。
本发明的另一目的在于， 提供一种对工件进行几何测量的特别精确的方法。
该目的在上述所称方法中依据本发明通过如下方式得以实现， 即， 相对于第一测 量流体压力和第二测量流体压力来说附加地测量处于基准喷嘴上的测量流体压差和 / 或 者对测量流体的测量流体湿度进行测量。由此形成参照依据本发明的装置的前述优点。
按照本发明的一种具有优点的实施方式， 测定在所测得的测量流体压差与所测得 的第一测量流体压力和所测得的第二测量流体压力的差之间的偏差。 这种偏差的测定能够 实现， 检验用于测量第一测量流体压力、 第二测量流体压力和测量流体压差的测量装置是 否功能正常并且是否采集到合理的测量值。
以具有优点的方式， 将所测定的偏差与极限值进行比较， 从而对于所测定的偏差
或者所测定的偏差的量超过极限值的情况， 可以确定测量装置之一不稳定或者发生故障并 且必须进行更换。
优选的是， 极限值是可以调整的， 从而保证在对工件进行的确定的几何测量所要 求的测量精度上的适应性。
此外， 优选的是， 在使用所测得的第一测量流体压力和 / 或者所测得的第二测量 流体压力的情况下对测量流体量进行测定， 并且在使用所测定的测量流体量的情况下来确 定工件的尺寸。 这种方法能够实现的是， 依赖于测量流体量来确定工件的尺寸， 该测量流体 量可以基于至少一个测量流体压力例如借助于配置功能来测定。 因此可以确定从测量喷嘴 中排出的测量流体量。 因为在一方面该测量流体量与另一方面测量喷嘴与待确定的工件尺 寸的碰撞面之间的间距之间存在直接的联系， 所以这种尺寸可以在使用测量流体量的情况 下特别精确地确定。
可以进一步改善测量精度的是， 在使用所测得的测量流体压差的情况下对测量流 体量进行测定。
还可以改善测量精度， 方法是 ： 在使用测量流体的所测得的测量流体湿度的情况 下对测量流体量进行测定。 可以实现进一步提高工件几何测量的精度的是， 对测量流体温度进行测量并且在 使用所测得的测量流体温度的情况下对测量流体量进行测定。
对此可供选择地或者附加地， 具有优点的是， 测量环境温度， 并且在使用所测得的 环境温度的情况下确定工件的尺寸。
优选的是， 测量流体量与时间单位相关， 例如与处于两次测量之间的时间间隔相 关。
本发明还涉及用于实施上述方法来进行工件几何测量的上述装置的应用。
附图说明
本发明的其他特征和优点是对优选实施例的下列说明和图示性描述的主题。 附图中 ： 图 1 示出用于对工件进行几何测量的装置第一实施方式的透视图 ； 图 2 示出依据图 1 装置的前视图 ； 图 3 示出依据图 1 装置的后视图 ； 图 4 示出依据图 1 装置的第一侧视图 ： 图 5 示出依据图 1 装置的俯视图 ； 图 6 示出依据图 1 装置的第二侧视图 ； 图 7 示出依据图 1 装置的仰视图 ； 图 8 示出依据图 1 装置沿图 5 中线 VIII-VIII 的视图 ； 以及 图 9 示出用于对工件进行几何测量的装置第二实施方式的与图 8 相应的视图。 相同的或者功能上等效的元件在所有附图中采用同一附图标记来标注。具体实施方式
图 1 至 8 中示出的是， 用于对工件进行几何测量的采用 10 来标注的装置的第一实施方式。 装置 10 具有沿壳体轴线 14 延伸的壳体 12。沿壳体轴线 14 观察， 装置 10 在前侧 16( 参照图 2) 与后侧 18( 参照图 3) 之间延伸。
壳体 12 具有第一壳体部分 20 和第二壳体部分 22。第一壳体部分 20 包括基本上 圆柱体形的、 构成壳体 12 前侧 16 的尤其呈圆盘形的壳体件 24。第二壳体部分 22 包括基本 上圆柱体形的、 构成壳体 12 后侧 18 的尤其呈圆盘形的壳体件 26。
第二壳体部分 22 此外包括中心壳体件 28。中心壳体件 28 和壳体件 26 相互一体 式地构成。横向于壳体轴线 14 观察， 与壳体件 24 和 26 相比， 中心壳体件 28 具有更小的横 截面。壳体件 24 与 26 之间布置有在图 8 中采用虚线表示的空心圆柱体形的壳体件 30。壳 体件 30 形成壳体 12 的圆柱体外壁 32。装置 10 包括呈环形的中间空隙 34， 该中间空隙关 于壳体轴线 14 径向向外通过壳体件 30 来界定并且径向向内通过中心壳体件 28 来界定。
装置 10 包括在壳体 12 的前侧 16 与后侧 18 之间延伸的流动通道 36。流动通道 36 沿流动通道轴线 38 延伸， 该流动通道轴线优选与壳体 12 的中心壳体轴线 14 对准。
壳体件 24 包括流动通道 36 在前侧 16 与中心壳体件 28 之间延伸的第一分段 40。 第一分段 40 具有分段轴线 42。第二壳体部分 22 具有流动通道 36 的第二分段 44 并且包括 分段轴线 46。分段轴线 42 和 46 彼此略微相距开或者相互对准。
流动通道 36 的第二分段 44 包括与壳体件 24 相邻地布置的分配室 48 以及在此邻 接的流动通道段 50。流动通道段 50 在其远离分配室 48 的端部上通到流动通道段 52。流 动通道段 52 以壳体 12 后侧 18 的高度在横截面内扩展的端部段 54 上结束。
第一分段 40 形成流动通道 36 的通道入口 56 ； 端部段 54 形成流动通道 36 的通道 出口 58。
在流动通道 36 内布置有基准喷嘴 60， 该基准喷嘴具有包括喷嘴通道轴线 64 在内 的喷嘴通道 62。喷嘴通道轴线 64 优选与流动通道 36 的流动通道轴线 38 对准。
基准喷嘴 60 具有顶端部分 66 以及与该顶端部分一体式构成的脚部分 68。 顶端部 分 66 的横截面大于脚部分 68 的横截面。顶端部分 66 具有略微小于流动通道段 50 的横截 面。
为了将基准喷嘴 60 与壳体 12 连接起来， 装置 10 包括连接装置 70。该连接装置包 括第一连接段 72， 该第一连接段布置在壳体 12 上和并且尤其以内螺纹的形式构成。 连接装 置 70 此外包括第二连接段 74， 该第二连接段设置在基准喷嘴 60 上并且优选以外螺纹的形 式构成。
装置 10 具有大量的测量装置， 这些测量装置以流体有效的方式与流动通道 36 连 接并且为此用于测量通流流动通道 36 的测量流体的参数。
装置 10 包括第一压力传感器 78 形式的第一压力测量装置 76。 第一压力传感器 78 通过导线 80 与流动通道 36 的在基准喷嘴 60 上游的流动通道段 50 保持流体有效地连接。
装置 10 此外包括第二压力传感器 84 形式的第二压力测量装置 82。第二压力传 感器 84 通过导线 86 以流体有效的方式与流动通道 36 的在基准喷嘴 60 下游的流动通道段 52 连接。
装置 10 此外包括压差传感器 90 形式的压差测量装置 88。压差传感器 90 通过第 一导线 92 与在基准喷嘴 60 上游的流动通道段 50 以流体有效的方式连接并且通过第二导
线 94 与在基准喷嘴下游的流动通道段 52 以流体有效的方式连接。
装置 10 此外包括温度传感器 98 形式的温度测量装置 96。温度传感器 98 具有指 向流动通道段 50 方向的温度测量面 100。
测量装置 76、 82、 88 和 96 布置在共同的第一壳体平面 102 的内部。壳体轴线 14 优选在壳体平面 102 的内部延伸。特别优选的是， 第一压力测量装置 76 和第二压力测量装 置 82 关于流动通道 36 布置在压差测量装置 88 的对置的侧上。此外优选的是， 温度测量装 置 96 在壳体平面 102 的内部关于流动通道 36 布置在与压差测量装置 88 相同的侧上。
测量装置 76、 82、 88 和 96 与图 8 中以虚线表示的评估单元 104 连接。评估单元 104 优选布置在壳体 12 的中间空隙 34 内。出于概览的原因， 将测量装置 76、 82、 88 和 96 与 评估单元 104 连接起来的数据线在该附图中未示出。评估单元 104 可以与例如布置在装置 10 环境 106 内的其他数据技术装置无线或者有线地连接。 针对评估单元 104 与另一数据技 术装置之间的有线连接， 第一壳体部分 20 包括电缆通道 108， 用于将壳体 12 的中间空隙 34 与环境 106 连接起来。
沿喷嘴通道轴线 64 观察， 基准喷嘴 60 的喷嘴通道 62 具有一横截面， 沿配属于基 准喷嘴 60 的第一通流方向 110 观察， 该横截面首先变窄然后又加宽。该通流方向 110 与基 准喷嘴 60 的第二通流方向 111 指向相反。基准喷嘴 60 优选是标准化的喷嘴， 该喷嘴例如 被确定使用于汽化器中并且在这种使用中在第一通流方向 110 上被以空气和 / 或者燃油通 流。
为了制造装置 10， 将基准喷嘴 60 连同脚部分 68 事先在接合方向 112 上引入到第 二壳体部分 22 的流动通道段 50 内。接合方向 112 和基准喷嘴 60 的第一通流方向 110 相 同。借助于连接装置 70 将基准喷嘴 60 与第二壳体部分 22 连接， 方法是 ： 将第二连接段 74 旋入第一连接段 72 内。为了沿壳体轴线 14 对基准喷嘴 60 进行定位， 第二壳体部分 22 具 有止挡部 114。在基准喷嘴 60 与壳体 12 完成接合的状态下， 基准喷嘴 60 的顶端部分 66 贴 靠在止挡部 114 上。
在将基准喷嘴 60 装配在流动通道 36 内之后， 第一壳体部分 20 和第二壳体部分 22 例如借助于至少一个螺纹连接部 116 相互连接 ( 参照图 2)。
在装置 10 的一种可供选择的、 在附图中未示出的实施方式中， 流动通道段 52 在基 准喷嘴 60 下游具有如下大小的横截面， 即， 使基准喷嘴 60 可以在与第一通流方向 110 相反 的接合方向 116 上与壳体 12 接合。在该实施方式中， 优选的是， 连接装置 70 在基准喷嘴 60 上构成的第二连接段 74 布置在基准喷嘴 60 的顶端部分 66 上。
装置 10 的工作原理如下。
为了准备在工件 118( 参照图 8) 上进行测量， 将测量喷嘴 120 以流体有效的方式 与流动通道 36 的通道出口 58 连接。工件 118 例如具有孔 122， 要对该孔的直径进行检验。 测量喷嘴 120 的几何结构与工件 118 待检验的尺寸的几何结构相配合。 为了准备在工件 118 上进行测量， 将测量喷嘴 120 引入孔 122 内。随后向流动通道 36 施加测量流体， 尤其是施 加压缩空气。测量流体在测量流体流动方向 123 上流经流动通道 36， 该测量流体流动方向 从流动通道的通道入口 56 指向通道出口 54 并且相应于基准喷嘴 60 的第一通流方向 110。 测量流体经过通道入口 56 到达流动通道 36 的第一分段 40 内并且继续经过分配室 48、 流 动通道段 50、 喷嘴通道 62 和流动通道段 52 向通道出口 54 流动并且从该通道出口向测量喷嘴 120 流动。测量喷嘴 120 具有用于测量流体的排出口， 从而测量流体可以从测量喷嘴 120 排出。测量喷嘴 120 的几何结构通过如下方式与工件 118 待检验的尺寸协调一致， 即， 形成作为节流点起作用的间隙， 在该节流点上出现测量流体压力损耗。
基准喷嘴 60 作为另外的节流点来起作用， 在该节流点上同样出现压力损耗。借助 于压力测量装置 76、 82 和 88 可以测量流动通道段 50 和 52 内的压力并且以压力测量值的 形式转交到评估单元 104。在评估单元 104 内或者在与评估单元 104 数据技术连接的外部 装置内储存通过在基准工件上进行测量所测定的配置功能。 借助于这些配置功能可以确定 待检验的工件 118 上的工件尺寸。
这些配置功能中可以储存影响对工件 118 进行测量的精度的其他参数。这些参数 例如是测量流体的温度和 / 或者湿度和 / 或者装置 10 环境 106 的温度。为了确定测量流 体的温度和 / 或者湿度和 / 或者环境温度对测量有哪些影响， 可以在基准工件上实施基准 测量。在这些基准测量期间， 优选的是， 分别仅改变一个所称的参数， 从而配置功能可以被 补充以校正功能或者可以将这些校正功能集成到配置功能中。
借助于压力测量装置 76、 82 和 88 可以分别采集配属于这些装置的压力测量值。 尤 其优选的是， 使用至少一个压力测量值， 以确定例如在可预先规定的时间间隔内流过装置 10 的测量流体量。 该测量流体量可以借助于通过在基准工件上的测量所确定的配置功能换 算成待检验的工件 118 的尺寸。优选的是， 对测量流体量的确定附加地依赖于至少一个参 数测量流体的温度和 / 或者湿度和 / 或者环境 106 的温度来进行。 装置 10 此外能够实现的是， 可以确定压力测量装置 76、 82 和 / 或者 88 之一的故 障。为此可以测定一方面借助于压差测量装置 88 所测得的压差与另一方面从第一压力测 量值和第二压力测量值中产生的差之间的偏差。 如果所测定的偏差超过可预先规定的极限 值， 那么由此可以得出 ： 至少一个压力测量装置 76、 82、 88 出现故障并且必须更换和 / 或者 修理装置 10。
图 9 中所示的、 采用 210 标注的用于对工件 118 进行几何测量的装置的实施方式 具有与上述用于对工件 118 进行几何测量的装置 10 类似的结构。 就此而言， 参阅与装置 10 的结构、 制造和工作原理相关的上述说明。
与装置 10 的区别在于， 装置 210 相对于测量装置 76、 82、 88 和 96 附加地包括湿度 传感器 126 形式的湿度测量装置 124。湿度传感器 126 包括与装置 210 的流动通道 36 以流 体有效的方式连接的湿度测量面 128。优选的是， 湿度测量面 128 与在基准喷嘴 60 上游的 流动通道 36 的流动通道段 50 保持流体有效地连接。
装置 210 此外包括温度传感器 132 形式的环境温度测量装置 130。 温度传感器 132 布置在流动通道 36 的外面， 例如在第一壳体部分 20 内或者上。温度传感器 132 具有面向 装置 210 前侧 16 的温度测量面 134。在温度测量面 134 与装置 210 的前侧 16 之间布置有 中间体 136， 借助该中间体， 温度测量面 134 与装置 210 的环境 106 相互保持热接触。中间 体 136 优选通过壳体 12 的材料段形成， 尤其是通过壳体件 24 的材料段形成。
湿度测量装置 124 布置在第二壳体平面 138 内。第二壳体平面 138 保持垂直于或 者基本上垂直于在图 9 中示出的与装置 10 的第一壳体平面 102 相应的剖面。
在装置 210 的一种可供选择的、 在附图中未示出的实施方式中， 用于测量流经流 动通道 36 的测量流体的温度测量装置 96 同样布置在第二壳体平面 138 的内部。在此优选
的是， 温度测量装置 96 和湿度测量装置 124 与流动通道 36 相关地布置在彼此对置的侧上。
借助于湿度测量装置 124 和借助于环境温度测量装置 130 提供可以用来在工件 118 上进行测量的另外两个参数。 通过在基准工件上进行测量， 可以对这些参数的影响进行 确定， 在配置功能内加以储存并且在测量待检验的工件 118 时予以考虑。
装置 10、 210 能够实现特别精确地对工件 118 进行几何测量。通过基准喷嘴 60 的 适当的装入位置、 流动通道 36 的基本上直线的分布以及通过大量可供使用的测量值， 可以 特别精确地对工件 118 进行几何测量。附加地， 可以实现用于检验压力测量装置 76、 82、 88 功能性的诊断功能。