用于测量孔的测量单元.pdf

一种用于测量孔的几何特性的测量单元，尤其是用于在珩磨机加工之后测量孔的内直径，测量单元包括：气动塞规（160），其能插入到孔中且具有一对测量喷口（172-1，172-3），测量喷口相对于塞规的中心纵轴线（164）彼此以对角间距（175）设置，以及调节装置，其能借助于调节驱动件致动，用于连续调节测量喷口的对角间距。每个测量喷口设置在独立的测量喷口托架（170-1，170-3）上，其安装在塞规的基部（162）中，使得其能相对于中心纵轴线（164）径向移动，且能借助于调节装置通过致动调节驱动件径向移动。调节装置具有带有至少一个锥形部段的可轴向调节的调节锥体（180），测量喷口托架在面向调节锥体的内侧上具有以楔形传动件的方式与锥形部段相互作用的倾斜表面。调节装置具有螺杆传动件，带有能通过调节驱动件旋转地驱动的带螺纹芯轴（184）和在带螺纹芯轴上运行的芯轴螺母（186）。

1.   一种用于测量孔（194）的几何特性的测量单元（100），尤其是用于在珩磨机加工之后测量孔的内直径，所述测量单元包括：
气动塞规（160，260），所述塞规能够插入到所述孔（194）中且具有一对测量喷口（172-1至172-4，272-1至272-4），所述测量喷口相对于塞规的中心纵轴线（164）彼此以对角间距（175）设置，以及
调节装置，所述调节装置能够借助于调节驱动件（120）致动，用于连续调节所述测量喷口的对角间距，
每个测量喷口（172-1至172-4）设置在独立的测量喷口托架（170-1－170-4，270-1－270-4）上，所述测量喷口托架安装在塞规的基部（162，262）中，使得所述测量喷口托架能够相对于所述中心纵轴线（164，264）径向移动，且能够借助于调节装置通过致动调节驱动件径向移动，以及
所述调节装置具有带有至少一个锥形部段的可轴向调节的调节锥体（180，280），所述测量喷口托架（170-1－170-4，270-1－270-4）在面向调节锥体的内侧上具有以楔形传动件的方式与所述锥形部段相互作用的倾斜表面，
其特征在于，所述调节装置具有螺杆传动件，所述螺杆传动件带有能够通过调节驱动件旋转地驱动的带螺纹芯轴（184，284）和在所述带螺纹芯轴上运行的芯轴螺母（186）。

2.   根据权利要求1所述的测量单元，其特征在于，所述芯轴螺母（184）能够相对于基部（162）移动且调节锥体（180）能够轴向移动；或者所述芯轴螺母（284）牢固地连接到基部（262）且调节锥体（280）能够相对于芯轴螺母旋转且轴向移动，芯轴和调节锥体优选通过同一部件（290）形成。

3.   根据权利要求1或2所述的测量单元，其特征在于在芯轴螺母（186）和/或调节锥体上施加平行于带螺纹芯轴定向的弹簧力的弹簧（185），弹簧优选设计为包围带螺纹芯轴的压缩弹簧。

4.   根据前述权利要求中任一项所述的测量单元，其特征在于，所述带螺纹芯轴（284）具有在自锁范围内与芯轴螺母（286）的细牙螺纹相互作用的细牙螺纹。

5.   根据前述权利要求中任一项所述的测量单元，其特征在于，每个测量喷口托架被分配设计为压缩弹簧的至少一个复位弹簧（176-1－176-4；273-1，273-2），所述复位弹簧以调节锥体的方向预加载相关测量喷口托架，优选地，复位弹簧设置相对于测量喷口托架移动方向对称地配置，尤其是包括在测量喷口托架的相对侧上的复位弹簧（273-1，273-2）。

6.   根据前述权利要求中任一项所述的测量单元，其特征在于，所述调节驱动件具有伺服马达（120），所述伺服马达优选配备有测量装置，用于检测伺服马达的转子位置，所述测量装置具有旋转编码器，产生能够传输给调节驱动件的控制系统的编码器信号。

7.   根据前述权利要求中任一项所述的测量单元，其特征在于具有多个导轨（276-1，276-3）的引导系统，所述多个导轨围绕塞规（260）的周边分布且能够被径向调节，导轨设计为从测量喷口托架（270-1）独立的导轨，且优选在周向方向设置在测量喷口托架之间。

8.   根据权利要求7所述的测量单元，其特征在于，所述导轨（276-1，276-3）固定到导轨托架（275-1，275-3）上，在面向调节锥体（280）的内侧上，所述导轨托架具有以楔形传动件的方式与调节锥体的锥形部段相互作用的倾斜表面，优选地，每个导轨托架具有彼此以轴向间距设置的两个倾斜表面，所述倾斜表面与调节锥体的相对于彼此轴向偏移的锥形部段（280'，280'''）相互作用。

9.   根据权利要求7或8所述的测量单元，其特征在于，每个导轨托架（275-1）具有至少一个圆柱形活塞部段，所述至少一个圆柱形活塞部段在基本没有离隙的情况下在塞规基部（262）中的圆柱形活塞接收孔中引导，优选地，提供彼此以轴向间距设置的两个机械连接活塞部段（277）。

10.   根据前述权利要求中任一项所述的测量单元，其特征在于，所述测量喷口托架（270-1至270-4）部分地或者完全地设计为圆柱形活塞，其在基本没有离隙的情况下在塞规基部（262）中的圆柱形活塞接收孔中引导。

11.   根据前述权利要求中任一项所述的测量单元，其特征在于内部吹气系统，所述内部吹气系统独立于测量系统且具有空气导管，所述空气导管从吹气连接件引导到塞规的周边上的一个或多个吹气喷口。

12.   根据前述权利要求中任一项所述的测量单元，其特征在于具有流体导管的内部冷却系统，所述流体导管从流体连接件引导到塞规周边上的冷却流体出口开口。

13.   根据前述权利要求中任一项所述的测量单元，其特征在于集成到塞规中的温度传感器。

14.   根据前述权利要求中任一项所述的测量单元，其特征在于连接到塞规（160，260）的管状延伸杆（130，230），所述管状延伸杆具有：可旋转调节元件（135），所述调节元件设置在延伸杆的内部中且经由可旋转联接件（188）连接到螺杆传动件的带螺纹芯轴（184）；摆动头设置（140），被设置在延伸杆和塞规（160）之间。

15.   根据权利要求14所述的测量单元，其特征在于，所述调节元件（135）在背离塞规的端部处具有可旋转地安装在延伸杆中的驱动元件（137），在面向塞规（160）的端部处配置输出元件（139），所述输出元件可旋转地安装在悬浮头设置（140）的元件中，所述悬浮头设置被安装成相对于延伸杆与塞规一起悬浮，且中间构件（134）设置在驱动元件（137）和输出元件（139）之间，第一接头（136）设置在驱动元件和中间构件之间，第二接头（138）设置在中间构件和输出元件之间。

用于测量孔的测量单元
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的用于测量孔的几何特性的测量单元。
背景技术
优选应用领域是借助于内部珩磨（honing）和/或精镗孔的孔的测量辅助精加工，其中，在精加工之后执行确定孔的宏观形式的测量，尤其是内直径测量。
珩磨是使用几何上不确定的刀具的材料去除过程，其中，面铣珩磨工具执行包括两个分量的切削运动，这导致机加工内表面的特征表面结构，通常具有交叉机加工轨迹。借助于珩磨，可以产生在尺寸和形状公差方面以及在表面结构方面满足极高要求的最终机加工表面。因而，例如，在发动机构造期间，气缸运行表面（即，发动机本体中或者要结合到发动机本体内的气缸套中的气缸孔的内表面）和轴的支承表面经受珩磨机加工。
在珩磨期间，通常需要在孔的宏观形式和尺寸方面（例如，通过孔直径量化）符合非常紧密的公差规定。
是否通过珩磨过程实现公差范围内的期望宏观形式通常在完成珩磨过程之后在独立的再测量站（过程后测量站）来确定，通过借助于测量单元（再测量单元）测量孔的几何特性。已知用于该目的的测量单元具有气动塞规，所述塞规可以插入到孔中且具有至少一对测量喷口，所述测量喷口相对于塞规的中心纵轴线彼此以对角间距设置。
气动塞规基于喷口-冲击板原理操作。为了测量，压缩空气以孔壁的方向吹出测量喷口。测量喷口区域中得到的背压用作测量喷口距孔壁的距离的度量。经由压力管线连接到测量喷口的测量换能器确保（气动）压力信号转换为可以进一步被电气地处理的电压信号。借助于在测量喷口之间具有给定对角间距（diametric spacing）的两个对角测量喷口，可以确定孔直径。
气动塞规允许与要测量物体的材料无关的非接触式测量，且在其测量范围的意义上，在再测量单元的实例中，高测量精度通常可以显著地低于1微米，例如在重复测量时0.2μm至0.3μm的范围内。为了能够用所需的测量精度记录测量值，测量喷口必须设置在距孔壁的相对近距离的限制距离范围内。在测量距离过大的情况下，最小值和最大值之间的电信号变化不再是仅仅线性的，而变为朝向最小和最大极限值为对数的。这意味着测量可能不再用所需测量精度执行。此外，极低的测量距离是有问题的。因而，每个气动塞规仅仅能够用高测量精度覆盖小直径范围。
因而，在旨在灵活地使用的精加工系统中，可能对于具有不同孔直径的一系列相对小的工件来说，多个不同尺寸的塞规在再测量单元中保持备用，以用于不同的相应相对窄的直径范围，且需要用于测量的塞规的可能相对频繁更换。
EP0483402A1示出了借助于气动塞规测量孔的几何特性的方法和装置。借助于用于标定塞规的特定措施，在此旨在实现不同直径的塞规的快速更换变得可能的情形。
DE4413645A1示出了用于不同标称直径的孔的珩磨机加工的装置，其具有带有可以移动到孔中的气动塞规的测量单元。为了再次调节气动测量装置，提供可以连续地设定为不同标称直径的参考量规。
DE4024778A1描述了珩磨测量工具，其具有珩磨石形式的机加工元件，但是还可能能够在没有机加工元件的情况下操作。一个附图示出了具有气动测量系统的测量喷口的功能元件。提供用于连续调节测量工具的调节装置。调节装置具有调节马达，使用调节马达，功能元件的径向位置可以改变。调节马达实现了具有调节锥体的可线性移动致动元件的轴向移动。
WO2012/041264A1示出了可液压致动的珩磨工具，例如可以用于机加工中心。除了其它之外，描述了具有气动测量系统的变型，所述气动测量系统具有测量杆，所述测量杆的径向位置可以与工件的直径匹配。
DE4225281A1示出了用于孔直径的测量仪器。测量仪器具有对中指形物，其支承测量元件且借助于共同的致动元件可以调节至相同范围且同时径向地调节，以便针对不同孔直径设定仪器。
GB1067269A示出了具有带有开口的两个对角测量喷口的测量仪器，测量喷口的对角间距可以借助于锥体的轴向移动来改变。在插入到要测量的孔之前，测量仪器可以借助于具有已知直径的主部分预先设定。
需要能够快速地用高测量精度测量不同直径的孔的经济可行方法。
发明内容
本发明的目的在于提供通用类型的测量单元，借助于所述测量单元，能够快速地用高测量精度测量不同直径的孔。具体地，可以灵活地使用的珩磨系统的更快和更经济制造由此变得可能。
为了实现该目的，本发明提供具有权利要求1的特征的测量单元。在从属权利要求中给出了有益的扩展。所有权利要求均通过参照说明书的内容而措辞。
在根据要求保护的发明的测量单元中，提供可以借助于调节马达致动的调节装置，用于连续调节测量喷口的对角间距。因而，测量喷口的对角间距，也可以表示气动塞规的测量直径，在每个情况下均可以根据要测量的孔的预期标称直径来设定，从而气动测量系统能够在小于1μm的高测量精度范围内可靠地操作。
在本申请的上下文内，术语“塞规”旨在表示纯测量工具，尤其是可以在珩磨孔的再测量环境中使用，且为了该目的，旨在具有显著地小于1μm的测量精度。例如，重复测量的测量精度可以位于0.2μm至0.3μm的范围内。在该方面，气动塞规例如不同于具有集成空气测量系统的珩磨工具，所述空气测量系统包括瞄准孔壁的测量喷口，以便在材料去除期间在气动尺寸控制的环境中确定当前孔尺寸，且在达到预先限定的最终尺寸时经由珩磨机器的控制系统开始珩磨机器的关闭。用于关闭控制的这种气动测量系统通常具有若干微米幅度量级的关闭精度，例如在3μm和5μm之间。
塞规可以具有单对测量喷口。因而，简单的粗糙结构是可能的。塞规还可以具有两对或更多对测量喷口，例如以便能够执行不同对角方向和/或不同轴向位置的测量，而没有塞规在孔中的任何中间移动。
为了能够在孔的内直径方面以高绝对精度进行测量，应当可以尽可能精确地确定测量喷口的对角间距或者与其成比例的尺寸。为此，每个测量喷口设置在独立测量喷口托架上，所述测量喷口托架安装在塞规的基部中，使得其可以相对于中心纵轴线径向移动且可以借助于调节装置通过致动调节驱动件径向地移动。调节驱动件应当在没有任何离隙的情况下在最大可能的程度上联接到测量喷口托架。
为了产生测量喷口托架的径向调节移动，调节装置具有带有至少一个锥形部段的可轴向调节的调节锥体，测量喷口托架在面向托架锥体的内侧上具有以楔形驱动件的方式与锥形部段相互作用的倾斜表面。由此，调节锥体的轴向移动实现测量喷口托架的径向移动。
调节锥体的轴向行进可以经由联接到其上的馈送元件的轴向移动实现。然而，在要求保护的发明中，调节装置具有螺杆传动件，带有可以通过调节驱动件旋转地驱动的芯轴和在芯轴上运行的芯轴螺母。螺杆传动件配置成将芯轴的旋转运动转换为调节锥体的轴向移动。这允许在最大可能程度上没有离隙的极度精确调节。
芯轴旋转转换为调节锥体的轴向移动可以以不同方式实施。在一个实施例中，芯轴螺母可以相对于基部移动，同时调节锥体可以排他地轴向移动。为此，芯轴螺母可以以旋转上固定的方式连接到调节锥体。在另一个实施例中，芯轴螺母牢固地连接到基部，同时调节锥体可以既相对于芯轴螺母旋转又轴向移动。在该变型中，调节锥体围绕其轴线旋转叠加在调节锥体的轴向调节移动上。因而，特别精细的调节是可能的。芯轴可以以旋转上固定的方式连接到独立的调节锥体。芯轴和调节锥体还可以通过同一部件形成，这就是说，集成到一个部件。由此，可以进一步改进调节精度。
已经证明如果提供（至少一个）弹簧则是有利的，所述弹簧在芯轴螺母和/或芯轴上施加平行于芯轴定向的弹簧力。因而，任何离隙可以被驱出螺杆传动件，从而在旋转方向颠倒期间不会发生齿隙游移（backlash）。在优选示例性实施例中，弹簧设计成至少用一个部段包围芯轴的压缩弹簧。因而，防止弹簧在芯轴螺母上施加倾斜动量，倾斜动量会损害螺杆传动件的平滑运行。
为了实现在最少可能摩擦的情况下将芯轴的旋转运动转换为芯轴螺母的轴向移动，螺杆传动件可以形成为滚珠螺杆传动件。然而，通常期望已调节位置一旦设定，在外部力的作用下应当不会无意地变化。因而，在一些实施例中，设置带螺纹芯轴以具有在自锁范围内与芯轴螺母的细牙螺纹相互作用的细牙螺纹。因而，已经设定的已调节位置可靠地保持且仅仅在致动调节驱动件时变化。在0.5mm至2mm范围内的螺距已经证明特别适合于该目的。
芯轴螺母可由钢制成，且可能与基部以一体的形式设计，作为设置有内螺纹的基部的一部分。芯轴螺母优选由不含铁的金属制成，例如青铜合金。因而，可以改进螺杆传动件的紧急运行属性，从而甚至在欠佳润滑的情况下也确保精细调节。
为了实现在用于与楔形传动件相互作用的倾斜表面区域中在两个径向调节方向都没有离隙，在优选实施例中，每个测量喷口托架分配设计为压缩弹簧的至少一个复位弹簧，所述复位弹簧以调节锥体的方向预加载测量喷口托架。由此，测量喷口托架总是使用足够高的力压靠调节锥体的倾斜表面，从而调节锥体的轴向位置直接预先限定测量喷口托架的径向位置。优选地，提供相对于测量喷口托架移动方向对称地作用的复位弹簧设置，具体地包括在测量喷口托架的相对侧上的复位弹簧。借助于在周向方向看在两侧上的复位弹簧设置或者其它对称作用设置，可以避免通过回复力在测量喷口托架上施加倾斜动量。因而，促进测量喷口托架在没有倾斜的情况下的平滑运行径向移动。
在优选实施例中，调节驱动件具有伺服马达。这应当联接到测量喷口托架，从而尽可能没有离隙。这里考虑的类型的伺服马达配备有测量装置，用于精确检测伺服马达的转子位置，这确定马达的当前旋转位置，例如相对于起始位置覆盖的旋转角度的形式。合适的旋转编码器，例如可以配置为增量编码器或绝对编码器，产生可以传输给调节驱动件的控制系统的编码器信号。由于伺服马达和测量喷口托架之间的没有离隙的联接，测量喷口托架或由测量喷口托架支承的测量喷口的径向位置可以从编码器信号精确地确定。与表示测量喷口和孔内壁之间的径向间距的气动测量信号一起，因而精确的直径测量是可能的。
还可以使用独立于调节驱动件的长度测量系统来确定测量喷口的对角间距。
为了利于塞规插入到要测量的孔中，在一些实施例中，提供具有多个导轨的引导系统，所述多个导轨围绕塞规的周边分布且能够被径向调节。由于径向可调节性，可能容易地适合于不同孔直径。可以在测量喷口托架的外侧上提供导轨，从而测量喷口托架还用作导轨的托架。在一些实施例中，导轨设计为从测量喷口托架独立的导轨，且因而从测量喷口托架机械地断开。导轨优选在周向方向设置在测量喷口托架之间。由此，“测量”和“引导”的功能可以分开。由此，例如在将塞规移动到孔中时由于导轨和孔入口或孔内壁之间的接触而引起的力不会有害地影响测量喷口的位置或定位以及测量精度。
导轨优选固定到导轨托架上，在面向调节锥体的内侧上，所述导轨托架具有以楔形传动件的方式与调节锥体的锥形部段相互作用的倾斜表面。因而，调节锥体的轴向移动实现导轨和测量喷口托架的同步径向移动。为了避免导轨在径向调节期间倾斜，在一些实施例中，每个导轨托架配置成具有彼此以轴向间距设置的两个倾斜表面，所述倾斜表面与调节锥体的相对于彼此轴向偏移的锥形部段相互作用。由此，可以确保导轨在径向方向的平行移动。
在一些实施例中，每个导轨托架具有至少一个圆柱形活塞部段，所述至少一个圆柱形活塞部段在基本没有离隙的情况下在塞规基部中的圆柱形活塞接收孔中引导。优选地，提供彼此以轴向间距设置的两个机械连接活塞部段，在其内侧上，活塞部段可以具有与调节锥体相互作用的前述倾斜表面。在该构思中，为了引导导轨托架的径向移动，提出具有圆柱形滑动支承表面的滑动支承设置，具体地，活塞接收孔的内表面和活塞部段的外表面。这些表面可以使用所产生的表面机加工方法（例如，珩磨或精加工）精确地机加工，从而可以产生滑动支承配对，即，没有离隙而足够平滑的运行。
虽然测量喷口托架可以具有矩形或其它多边形横截面（例如，三角形或六边形横截面），但是在优选实施例中，测量喷口托架配置成部分地或者完全地设计为圆柱形活塞（带有圆形横截面），其在基本没有离隙的情况下在塞规基部中的圆柱形活塞接收孔中引导。在此，也借助于活塞接收孔的内侧和活塞或活塞部段的外侧上的圆柱形滑动表面的组合产生基本上没有离隙的滑动支承，这允许测量喷口托架在没有倾斜的情况下的平滑运行的径向移动。这种类型的测量喷口托架因而通过细微轴向离隙和细微倾斜影响来区分。此外，在维护工作期间或者为了使塞规适合于不同测量直径，它们可以相对简单地更换且可以制造具有不同的长度且保持备用。
在所有实施例中，可以提供可自动致动的夹持装置，在达到期望的已调节位置之后，所述夹持装置配置成借助于夹持将测量喷口托架和/或调节装置的其它元件固定在该位置，从而可以避免无意调节。例如，可以提供液压膨胀夹持装置，以便以力配合的方式固定测量喷口托架的圆柱形元件。
在所有实施例中，可以提供内部吹气系统，所述内部吹气系统独立于气动测量系统且具有空气导管，所述空气导管从吹气连接件引导到塞规的周边上的一个或多个吹气喷口。因而，在执行测量之前，如果需要，要测量的点可以气动地清洁。
此外，在一些或所有实施例中，可以提供具有流体导管的内部冷却系统，所述流体导管从流体连接件引导到塞规周边上的冷却流体出口开口。这使之可以（如果需要）借助于馈送冷却流体在精确限定的热条件下执行测量。
如果合适，可以提供集成到塞规中的温度传感器，以便尽可能接近测量位置来测量温度且能够在评估测量结果时考虑该温度。
可调节塞规必须插入到要测量的孔中，以便测量。插入移动优选轴向地且平行于孔轴线运行，尤其是与孔轴线大致同轴地。为了能够在没有任何结构变化的情况下使用测量单元测量不同大的和不同深和长的孔，在优选实施例中，配置连接到塞规的管状延伸杆，所述管状延伸杆具有：可旋转调节元件，所述调节元件设置在延伸杆的内部中且经由可旋转联接件连接到螺杆传动件的芯轴；摆动头设置被设置在延伸杆和塞规之间。这实现塞规能够相对于延伸杆以任何期望方向相对于塞规的中心纵轴线成直角地悬浮的情形。因而，如果需要，可以补偿延伸杆的轴线和孔轴线之间的轴向偏移，使得塞规可以对中地设置在孔中，甚至在延伸杆相对于孔的不利设置的情况下也是如此。调节驱动件可以作用于调节元件的背离塞规的侧面上，且设置在塞规和孔外侧。
如果可能，调节驱动件到属于气动塞规内的调节装置的部分的联接应当以如下方式执行，使得没有主动力经由该传动系施加在塞规相对于延伸杆的位置上。为此，在优选实施例中，调节元件配置成在背离塞规的端部处具有可旋转地安装在延伸杆中的驱动元件，在面向塞规的端部处配置输出元件，所述输出元件可旋转地安装在悬浮头设置的元件中，所述悬浮头设置被安装成相对于延伸杆与塞规一起悬浮，且中间构件设置在驱动元件和输出元件之间，第一接头设置在驱动元件和中间构件之间，第二接头设置在中间构件和输出元件之间。这导致调节驱动件和与塞规悬浮的输出元件之间的双接头联接，从而塞规相对于延伸杆的悬浮移动不会受调节装置的传动系的元件妨碍。
附图说明
本发明的其它益处和方面可以从权利要求和本发明的优选示例性实施例的以下描述获悉，其在下文通过使用附图阐述，在附图中：
图1示出了用于测量孔的几何特性的气动测量单元的第一实施例的侧视图；
图2示出了图1所示的测量单元的延伸杆；
图3示出了通过测量单元的气动塞规的纵截面；
图4示出了通过图3的塞规的横截面；
图5示出了用于测量孔的几何特性的气动测量单元的第二实施例的侧视图；
图6示出了塞规的第二实施例的斜视透视图；
图7示出了通过带有两个对角测量喷口托架的平面的轴向截面，和
图8示出了通过带有两个对角导轨托架的平面的轴向截面。
具体实施方式
图1的总体图示示出了根据本发明第一实施例的气动测量单元100。测量单元可以用于测量通孔或盲孔中的内直径。在该示例中，测量单元与在工件190中的孔的珩磨机加工结合设计成在完成珩磨机加工之后的再测量操作中执行珩磨孔的精确内直径确定。为了该目的，测量单元是集成到珩磨机器中的测量站的构成部分。集成到与加工机器独立的测量站同样是可能的。
测量单元配备有具有可调节直径的气动塞规160，且允许在非常低的系统测量偏差和高重复精度的情况下测试不同大小的孔的内直径。通过使用相同塞规，在最小和最大可测量孔之间的高达12mm差的直径范围的孔可以精确地测量。重复测量的测量精度位于小于0.5μm的区域中，尤其是在0.2μm和0.3μm之间的范围内。
测量单元100具有竖直柱112，所述竖直柱112固定地安装在珩磨机器的可水平移动部件110上。柱112支承可竖直移动支架114，支架114沿线性引导件引导且可以在不同高度处固定到柱。
水平突出的上部保持板116安装在支架的前侧上，且支承用作调节驱动件120的电动伺服马达120，用于连续调节测量单元和塞规160的测量直径。伺服马达120在其转子的旋转轴线竖直对齐的情况下固定到保持板116，且电连接到测量单元的控制装置122。当前转子位置通过集成旋转编码器检测且传输给控制装置，籍此可以精确地预先限定转子的旋转位置。在转子的输出侧，在保持板116下方，装配驱动侧联接元件124，用于连接到调节装置的驱动元件，如稍后更详细所述。
下部水平保持板118在该联接元件下方安装在支架114上，管状延伸杆130在其中心纵轴线竖直对齐的情况下固定地安装在下部水平保持板118下侧。
在延伸杆的下部端部区域有悬浮头设置140，悬浮头设置140以如下方式构造，使得装配到延伸杆的下部自由端部且要联接到气动塞规160的联接部段146能够以所有方向在相对于延伸杆的中心纵轴线132成直角对齐的平面中悬浮有限范围。
当测量单元最终安装时，图3和4中详细图示的可调节气动塞规160固定在下部联接部段146上，且因而可以相对于延伸杆在所有方向相对于延伸杆的中心纵轴线132成直角地移动有限范围。
在该示例中，工件是内燃发动机的气缸曲轴箱或发动机本体。在其中形成的气缸孔的内表面要被珩磨且变成具有预先限定的直径的限定预期形式。工件在调节马达120下方竖直地夹持在工件保持器192上，工件保持器192在其上侧上具有与工件匹配的轮廓，以便能够将要测量的工件190以固定位置和取向保持，从而在工件中形成的孔194的中心纵轴线竖直地对齐且基本上与延伸杆的中心纵轴线132对齐。
对于直径测量，塞规160首先定位在要测量的孔上方，且然后借助于竖直向下移动支架114而从上方插入到孔中。标定环198，具有相对于工件的孔同轴定位的孔且具有精确地已知的内直径，可以装配到工件上方，以便能够在接近测量工件时执行塞规的标定。
图3中的纵截面和图4中的横截面所示的气动塞规160具有基部162，基部162由钢制成，限定中心纵轴线164且具有中心通孔。在被安装准备操作时，基部牢固地联接到装配到延伸杆的下部端部上的联接部段146。在基部的背离驱动件的下部区域中，切出相对于中心纵轴线164径向对齐的四个矩形引导开口，每个相对于彼此周向偏移90°定位。板状测量喷口托架170-1至170-4插入到这些引导开口中，每个均坐置在其引导开口中，使得其在周向方向和径向方向基本上没有离隙，且可以径向地移动。
每个测量喷口托架在其径向外侧上支承径向对齐的测量喷口172-1至172-4，测量喷口经由测量喷口托架内的导管和其它导管部段和软管部段且经由气动测量换能器连接到未示出的压缩空气源。
塞规的引导系统具有两对，每个包括相互对角的导轨178-1等，其固定到测量喷口托架170-1等的径向外侧上，且可以经由测量喷口托架的径向调节与测量喷口一起径向移动。
对角测量喷口的对角间距在本文表示为测量直径175，且可以借助于调节装置用高精度连续地设定，调节装置的元件可以通过调节马达120移动。调节装置包括调节锥体180，其设置成使得其可以轴向地、相对于塞规的中心纵轴线同轴地在基部的通孔中移动，且在测量喷口托架的轴向区域中具有两个轴向偏移的锥形部段，所述锥形部段以楔形传动件的方式与测量喷口托架内侧上的对应倾斜表面相互作用，从而调节锥体在塞规自由端部的方向轴向移动实现测量喷口托架向外的对称径向移动。在反向移动期间，测量喷口托架向内移动。
调节锥体的轴向移动经由螺杆传动件实现，螺杆传动件具有可旋转地安装在基部中的带螺纹芯轴184，固定到调节锥体上的芯轴螺母186在芯轴184上运行。为了最小化在该螺杆传动件中的摩擦，螺杆传动件形成为滚珠螺杆传动件。在芯轴184的上部端部处，在基部外侧有联接装置188，用于将芯轴联接到调节装置的外部元件。
为了确保芯轴184的每次旋转运动（与旋转方向无关）在没有任何齿隙游移的情况下转换为测量喷口托架和测量喷口的径向移动，采取特定结构措施。在图4中可以容易看到，支承元件在一侧上装配到每个测量喷口托架，压缩弹簧176-1至176-4容纳在支承元件中，一端支撑在支承元件上且另一端径向地支撑在牢固地安装在基部162上的配合元件177-1至177-4的外侧上。因而，每个测量喷口托架独立地借助于分配给其的压缩弹簧以调节锥体180的方向径向向内预加载，这意味着，在调节锥体的每个轴向位置，锥形部段或倾斜表面的区域中的任何离隙被驱出。
此外，调节锥体180向上（即，在测量喷口托架的撤回方向）预加载。为此，螺旋压缩弹簧185容纳在基部的凹部中，且在基部的一端处轴向地支撑且在另一端处支撑在芯轴螺母186的环形项圈上，以便在轴向方向牢固地驱动芯轴螺母抵靠芯轴的螺纹圈和在芯轴中循环的滚珠。由于螺旋压缩弹簧185对称地环绕芯轴螺母，因而该弹簧力相对于中心纵轴线164基本上同轴地作用，而没有倾斜动量施加在芯轴螺母上。在组合中，测量喷口托架的压缩弹簧和分配给螺杆传动件的压缩弹簧确保装配在塞规内的调节装置的元件的绝对无离隙的相互作用，而没有任何齿隙游移。由此，可以实现直径设定的高精度。
在测量单元中，实现塞规的直径调节的调节马达120位于距塞规160相对大的距离处。为了将伺服马达的转子的旋转传输给螺杆传动件的芯轴184（容纳在塞规中），提供传输元件，从而允许旋转运动的无离隙传输，而同时不会妨碍塞规相对于延伸杆的任何可能悬浮移动。
这些传输元件包括多连杆、双接头调节元件135，其主要容纳在延伸杆130的内部中且可以相对于延伸杆130旋转。调节元件包括管状可旋转中间构件134，中间构件134在马达侧经由第一接头136联接到马达侧驱动元件137且在塞规160的那一侧经由第二接头138联接到输出元件139。马达侧驱动元件137可旋转地安装在牢固地连接到延伸杆130的支承元件中。另一方面，塞规侧的输出元件139安装在悬浮头设置140中，悬浮头设置140能够在相对于延伸杆130的纵轴线132成直角的方向相对于延伸杆130移动。由于马达侧驱动元件137在塞规侧到输出元件139的双接头联接，确保塞规的悬浮移动，而没有通过分配给调节装置的传输元件施加任何主动力。
在测量单元中，相对测量喷口的对角间距175可以考虑该结构以高精度连续地设定。因而，可以快速而精确地重新定位塞规，用于测量具有不同直径的孔，从而测量喷口相应地位于距孔的内壁的最佳测量距离处，在所述最佳测量距离处，可以用最高精度进行气动测量。在该情况下，为了能够精确地确定内直径的绝对幅度，需要精确地知道相应设定的测量直径，即相互相对的测量喷口之间的对角间距。在测量单元中，这通过调节单元的实现调节的元件（测量喷口托架、调节锥体、螺杆传动件的芯轴、延伸杆中的可旋转调节元件）在没有离隙的情况下联接到伺服马达的转子来实现，转子的旋转位置继而可以在任何时间经由结合到伺服驱动件中的旋转编码器精确地确定。因而，旋转编码器信号与相应设定的测量直径成正比。最后，借助于具有塞规相对于延伸杆的横向悬浮移动可能性的所选结构，实现这样的情形：甚至在工件和调节马达之间不完全精确对齐的情况下，塞规在要测量的孔内的最中心设置可能和因而高度精确的测量结果是可能的。
通过使用附图5至8，现在阐述气动测量单元200的第二实施例的一些特定特征。这包括气动塞规260，所述气动塞规260准确来说像第一实施例的塞规一样，可以联接到延伸杆230的下部端部。第二实施例的功能上相同或类似的结构元件将在可能时通过与第一实施例相同的附图标记增加100来表示。测量单元或塞规实现与第一示例性实施例相同的测量精度，且可以提供用于相同应用。在该范围内，参考前述说明。
在塞规260中，用于在要测量的孔中引导塞规的那些元件从用于测量孔直径的那些元件机械地断开联接。提供四个测量喷口272-1、272-2、272-3等，每个周向偏移90°，每个成对地设置，从而是对角的。每个测量喷口装配到基本具有圆柱形活塞形式的测量喷口托架270-1、270-2等的外端部。在这方面，图7示出了通过包含中心纵轴线264且具有位于公共轴向平面中的两个对角测量喷口托架270-1、270-3的平面的轴向截面。活塞状的测量喷口托架可以在塞规的基部262中的径向活塞接收孔中径向地移动，且在没有离隙的情况下在轴向方向竖直地引导。
塞规的引导系统具有两对，带有相应的相互对角的导轨276-1、276-3等，所述导轨固定到导轨托架275-1等的径向外侧上且可以经由导轨托架的径向调节而径向地移动。在这方面，图8示出了通过具有位于公共轴向平面中的两个对角导轨托架275-1、275-3的平面的轴向截面。导轨均在周向方向中心地装配在相邻测量喷口之间，且从测量喷口机械地断开联接。借助于该结构，“测量”和“引导”功能彼此分开。因而，如果塞规插入到要测量的孔中，在塞规轴线和孔轴线之间存在轻微横向偏移，那么导轨可以首先撞击孔的边缘，因而将塞规对中，而在该过程中发生的力不会作用于测量喷口或测量喷口托架。发生的力直接经由导轨吸收且不会损害测量喷口的位置和因而测量精度。
导轨经由三重锥形调节锥体280的轴向移动与测量喷口同步地调节。为了该目的，导轨托架275-1等具有两个圆柱形活塞部段277，活塞部段277彼此以轴向间距设置且经由连杆机械地连接，所述连杆可以在塞规基部中的径向圆柱形活塞接收孔中径向地移动且在轴向上基本没有离隙地引导。倾斜表面在活塞部段的内侧上形成，每个以楔形传动件的方式与调节锥体的锥形部段相互作用。由于导轨在彼此轴向分开的两个位置的引导，确保在没有导轨倾斜的情况下的平行移动。
在图7和8中可以容易地看出，调节锥体280具有总共三个相应锥形部段280'、280''、280'''，背离驱动件的前部部段280'和面向驱动件的后部部段280'''分别与导轨的活塞部段相互作用，同时中心部段280''与活塞状的测量喷口托架相互作用。圆柱形引导表面设置在每个锥形部段的较厚端部处，调节锥体使用所述圆柱形引导表面在基部262的轴向通孔内引导，从而能够基本没有离隙地轴向和径向移动。在调节锥体的长度内，配置总共四个这样的圆柱形引导部段。
借助于活塞状的测量喷口托架和导轨托架的活塞状部段的圆柱形实施例，导轨和测量喷口在径向调节期间的倾斜可以最小化，同时在径向方向存在平滑运行的引导。
活塞状的测量喷口托架在调节锥体的方向返回经由复位弹簧设置来实施，所述复位弹簧设置关于测量喷口托架的移动轴线对称地作用。为了该目的，在测量喷口托架的每一侧设置复位弹簧273-1、273-2，使得复位弹簧总的来说关于测量喷口托架的移动平面对称地作用，且因而不在测量喷口托架上施加倾斜动量。由此，确保在没有活塞倾斜的情况下的一致移动。
在导轨中，导轨的倾斜影响也作为结构措施在最大可能的程度上最小化。带有两个已经连接的活塞的导轨托架的实施例使之可以最小化倾斜影响。此外，每个导轨托架被分配对称作用的复位弹簧设置，包括在导轨托架的相对侧上的对称作用复位弹簧273-1、273-2。因而，在没有导轨倾斜的情况下的一致径向移动是可能的。
不需要特定制造技术来精加工活塞状测量喷口托架和/或导轨托架的活塞部段。这些圆柱形元件可以通过常规方法（例如，作为车削部件）生产，且借助于外部精加工进行表面机加工，使得它们可以容易地滑动到对应活塞接收孔中。活塞接收孔的内表面可以借助于珩磨这样精密地机加工用于该目的，使得总体结果是测量喷口和导轨的径向移动的容易运行的滑动支承。此外，由于带有用于引导调节锥体的轴向移动的径向活塞孔的基部的实施例，产生具有相对大的周向表面的通孔。由此，促进调节锥体（膨胀锥体）的改进同轴引导。
调节锥体的轴向调节借助于螺杆传动件发生，所述螺杆传动件具有可以通过调节驱动件（外部伺服马达）旋转地驱动的带螺纹芯轴284和在带螺纹芯轴上运行的芯轴螺母286。与第一实施例不同，芯轴螺母286在这里被轴向地固定且以旋转上固定的方式固定到基部262。带螺纹芯轴和调节锥体通过单个部件290的两个部段形成，在芯轴侧的端部处具有靠近该端部的六边形部段（作为旋转上固定的联接的联接结构）、在芯轴螺母中运行且靠近芯轴螺母的带螺纹部段、具有三个锥形部段的调节锥体部段和圆柱形引导部段。带螺纹部段在其外侧上具有细牙螺纹，其与芯轴螺母内部的对应细牙螺纹直接相互作用。在此，细牙螺纹以如下方式形成，使得芯轴驱动件在自锁范围内操作。部件290的旋转轴线与基部的中心纵轴线264同轴。部件的旋转由于带螺纹部段在芯轴螺母内的旋转而实现调节锥体的轴向移动，同时围绕其轴线旋转。与调节锥体的纯轴向移动相比，这尤其意味着可以实现在锥形部段的接触表面与活塞部段的倾斜表面上的相对更一致的磨损，从而在多次调节操作之后保持精度，甚至在连续操作中也是如此。
调节精度通过如下事实来支持，螺杆传动件的元件在轴向方向借助于螺旋压缩弹簧285预加载，螺旋压缩弹簧285相对于调节锥体同轴地作用，在芯轴螺母和调节锥体之间作用且包围该部件，从而任何离隙都被驱出带螺纹连接件。借助于这些措施的组合，确保调节驱动件的部分上的旋转运动实际上没有离隙地传输到调节锥体的轴向向前推动移动。
塞规还包括用于改进测量的其它结构措施。为了消除要测量的孔中的任何可能灰尘颗粒，配置与测量系统独立的内部吹气系统，借助于该内部吹气系统，在塞规插入到孔中时，孔通过在周围延伸通过360°的气隙清洁。为了该目的，部件290具有中心纵向孔292，中心纵向孔292从芯轴侧实际上一直到远离芯轴的端部处是连续的，且在锥形部段之间的区域中具有横向孔，所述横向孔通向基部的远离芯轴的端部区域中的环形凹槽295中。
此外，借助于使用集成热力测量传感器（温度传感器），可以进行测量区域的温度测量，以便在测量期间监测温度条件，且如果需要控制测量操作的热力前提。
在此，测量单元图示为独立式系统。其还可以集成到加工机器中作为测量站。
在图示的示例性实施例中，塞规具有测量传感器，在径向可移动的测量喷口托架的外侧上带有气动测量系统的测量喷口。塞规的基本机械原理还可以与其它合适的测量原理和传感器结合使用。例如，在径向可移动的测量传感器托架上可配置触感、光学、电感式或电容式测量传感器。根据总体描述，因而还提出如下方案。
一种用于测量孔的几何特性的测量单元，尤其是用于在珩磨机加工之后测量孔的内直径，所述测量单元包括：
塞规，所述塞规能够插入到所述孔中且具有一对测量传感器，所述测量传感器相对于塞规的中心纵轴线彼此以对角间距设置，以及
调节装置，所述调节装置能够借助于调节驱动件致动，用于连续调节所述测量传感器的对角间距，
每个测量传感器设置在独立的测量探头托架上，所述测量探头托架安装在塞规的基部中，使得所述测量探头托架能够相对于所述中心纵轴线径向移动，且能够借助于调节装置通过致动调节驱动件径向移动，以及
所述调节装置具有带有至少一个锥形部段的可轴向调节的调节锥体，所述测量探头托架在面向调节锥体的内侧上具有以楔形传动件的方式与所述锥形部段相互作用的倾斜表面，其特征在于，所述调节装置具有螺杆传动件，所述螺杆传动件带有能够通过调节驱动件旋转地驱动的带螺纹芯轴和在所述带螺纹芯轴上运行的芯轴螺母。