CN111300268B - 用于测量机加工工具的状态的工具装置以及方法 - Google Patents

Abstract

一种工具装置(1)，用于通过切削、铣削、钻孔或研磨来机加工工件(4)，该工具装置包括用于检测在机加工期间工具装置(1)的状态的传感器(20)，其中传感器(20)可连接到接收单元(40)，接收单元将数据传输到分析单元(50)，用于分析接收到的数据。传感器(20)被构造为光纤传感器(20)，其包括至少一条光纤(26)，光纤为可连接光源(30)发射的光束提供了入射光路(22)和反射光路(24)，并且光纤的远端位于工具装置(1)的表面(14，74)中，使得可以测量光路长度。

Description

用于测量机加工工具的状态的工具装置以及方法

技术领域

本发明涉及一种能够在机加工过程期间测量诸如研磨工具和/或切削工具的机加工工具的状态的工具装置和方法。本发明专注于测量工具磨损。

背景技术

在机加工过程中，由于工件和一个或多个工具边缘之间的切削动作，使用机加工工具时总是会以某种磨损而结束。特别地，机加工工具影响生产率、机加工操作的经济性以及机加工的产品的质量。已经进行了许多尝试以实现一种自动***来测量工具磨损，这移除了对手动检查的需要，并减少了用于测量磨损的时间。已经开发出几种不同的方法来监测工具的状况，诸如监测用于切削、铣削或钻孔或研磨工具的切削刀片(cutting insert)、即可替换和/或可转位刀片的状况，并且预测工具磨损以优化刀具的更替间隔或修整间隔，因为在实际废弃工具之前已经知道工具寿命时。特别地，工具磨损可以描述为在切削或研磨期间由于工具材料的逐渐损失或变形而导致的工具形状从其原始形状的改变。例如，对于切削工具而言，磨损已知为刀片的主刀腹(flank)、副刀腹和/或端面的刀腹面磨损。可以根据直接和间接传感器中使用的传感器来划分工具状态监测的方法。

为了直接测量具有几何限定的切削边缘的工具的工具磨损，传感器包括视觉和/或近距离传感器，以及直接设置在工具磨损表面上的传感器。视觉传感器***依赖于相机捕获的来自光纤光的磨损区域的镜面反射的测量值。由此，通常通过机加工的研磨效应对磨损的区域进行抛光，并允许镜面反射仅在磨损的区域发生。近距离传感器通过测量工件与切削工具的工具边缘之间的距离来估算磨损。通常，仅能在机加工运行之间进行测量，因为在实际机加工过程中工具的磨损区域不可见。

此外，用于在线测量切削刀片的磨损或温度的已知的传感器包括嵌入到形成切削边缘的切削材料中的导体路径，使得通过连接到外部测量电路形成闭路和/或开路。因此，已知的是，可以借助于连接到切削边缘的多个导体来连续地测量工具的磨损，因为导体中的电阻将逐渐改变以及突然地改变，这取决于导体的磨损程度。

EP 3 106 260 A1公开了切削刀片，其中用于在线测量切削刀片的磨损的传感器包括接触区域和引线，传感器通过该接触区域可连接到外部测量电路，并且引线连接到各自的接触区域且具有自由端，自由端定位成使得在由于切削刀片的操作引起的预定磨损时，自由端通过金属工件或由于操作产生的切屑彼此连接。因此，切削刀片具有开路形式的传感器。

间接传感器仅能估算磨损，因为其没有直接的方式来测量实际磨损，而是依赖于磨损的次生效应。由于这一事实，在现有技术中，监测多个过程参数，这些参数是切削边缘或磨料层的间接参数，以允许从过程角度进行决策。在不中断的机加工过程中实时确定过程变量，以控制机加工工程。已知的技术包括力监测、温度监测、功率监测、声发射、光学观察、扫描电子显微镜、流体流动特性的监测，以及特别是在研磨过程中表面的触觉探测和表面的磁性质。所有这些监测策略都可以在机加工期间至少部分使用，以检测砂轮和/或工具的性能下降。但是有一个缺点，即这种测量的精度会由于热效应以及由于接触区域中的气氛(atmosphere，大气)，特别是由于循环的冷却剂的效应而受到损害。

在机加工过程中，研磨是最重要的制造过程之一，尤其是在生产高精度组件时。研磨工具表面之间的相互作用限定了研磨过程，并且当研磨工具的磨料颗粒的未限定的切削边缘同时与工件接触时，就会发生材料移除，由此需要一定的颗粒渗透到工件中。在研磨过程期间，机械、化学和热载荷施加到砂轮上，导致磨损和大量摩擦热，从而引入工件的材料的塑性变形、微观结构的不期望的改变和残余应力状态。为了生产高精度组件，必须在精度和锋利度方面将砂轮保持在最佳状态。在研磨过程期间，砂轮磨损，其中磨损可以分类为宏观磨损和微观磨损，宏观磨损描述了宏观几何形状的恶化，可能导致轮廓改变、尺寸误差和跳动，而微观磨损则与晶粒水平上的磨损有关，从而改变了砂轮的微观形貌。常规地，仅在完成研磨过程之后或在研磨过程期间周期性地定期核查研磨结果和砂轮的状态，从而导致生产率下降。但是，仍然无法确定完成修整过程的确切时刻是一个没有精确解决方案的问题。

检查砂轮应确保砂轮的磨料层足够且对于研磨足够锋利。这需要调查全部磨料表面，因为仅一个坏区域就会使砂轮降级至无用。

从US 6 602 109中已知一种砂轮***，该砂轮***包括具有至少一个压电陶瓷传感器形式的嵌入式传感器的砂轮和附接到该砂轮并包含电子设备的适配器盘，该电子设备处理由每个嵌入式传感器产生的信号以允许实时分析砂轮状态。砂轮可以包括至少一个力传感器，该力传感器可以定位在砂轮***附近以允许间接测量砂轮烧伤的风险，并且声发射传感器可以定位在砂轮轮缘附近。使用不同位置的力测量值来预测砂轮形状，只能得出不同砂轮位置之间的相对估算值，而且还会受到冷却润滑剂或不平衡砂轮以及所用材料和工具组合的影响。研磨期间的力改变与过程参数的改变以及砂轮的微观形貌之间不存在直接关系。使用声发射传感可传递间接信号，由于噪声的特征变化，可以得知产生磨损行为。但是根据研究，声发射传感器并不是确定修整时间的首选。为了将测量值映射到诸如圆度或砂轮钝度的参数，需要使用一个模型，该模型需要针对每种研磨构造进行校准。

从CN 105345663已知一种砂轮装置，其能够实时监测研磨状态，像磨损、表面轮廓和圆度。砂轮装置包括砂轮主体，并且其上附接有数据采集模块，该数据采集模块连接到声发射传感器、研磨力传感器和激光位移传感器。仍然需要一个模型来将力和声发射信号映射到砂轮的形貌。这使得其对于工业应用是不可行的，在工业应用中，使用了具有未知性质的各种不同的工件、工具和机器组合。

关于用于测量工具磨损的自动***，基于使用光学传感器的机器视觉***的非接触式遥感用于直接和间接地测量磨损。通常，已知光学传感器是小型、轻量、机械柔性的并且是低成本的传感器基础材料。使用光纤传感器需要一个光谱读出单元，因为传感信息已编码。通常，即使在研磨过程期间工件被砂轮和冷却润滑剂覆盖，也可以基于光纤接收的总辐射测量工件和/或砂轮的温度。但是一般地，外部安装的激光位移传感器的缺点是冷却润滑剂的影响很大，并且机器的热和机械偏差会导致激光传感器与砂轮或工具之间发生位移。

在不同的技术领域中开发了各种传感方法，从而光纤提供了包括光纤干涉仪在内的传感能力。诸如低相干干涉的非接触式光学感测技术是已知的。例如，Fabry-Perot干涉仪由两个光学平行的反射器(reflector，反射部)组成，诸如多个镜或由腔分隔开的两个电介质的界面，由于多次反射，反射和透射的光谱是腔长度和其它参数的函数。可以通过干涉仪以高灵敏度来检测光纤的线性性质，特别是光纤的长度，由此可以将光纤的一个抛光端视为反射器。

基于现有技术，本发明的目的是提供一种装置和方法，该装置和方法能够在机加工过程期间，以较低成本元件对机加工工具(诸如砂轮)和/或切削工具(诸如刀片)进行可靠的过程集成检查。此外，该装置和该方法用于可靠地确定和测量过程参数，诸如宏观和微观的磨损，以及识别机加工工具的初次接触，比如刀片和/或砂轮与工件的初次触碰，以设置切削速度等过程参数。

发明内容

本发明的目的通过本公开的工具装置和方法来实现。

根据本发明的一种工具装置，用于通过切削、铣削、钻孔或研磨来机加工工件，所述工具装置包括：传感器，用于在机加工期间检测所述工具装置的状态，其中所述传感器能够连接到接收单元，所述接收单元将数据传输到用于分析接收到的数据的分析单元，其特征在于，所述传感器被构造为光纤传感器，所述光纤传感器包括至少一条光纤，所述光纤为能连接的光源所发射的光束提供入射光路和反射光路，并且所述光纤的远端位于所述工具装置的表面中，以允许测量光路长度。

在一个实施例中，所述光纤传感器是干涉式光纤传感器。

在一个实施例中，所述干涉式光纤传感器使用两个光束之间的干涉，所述两个光束通过不同的光路传播，所述光路由单条光纤或两条不同的光纤提供。

在一个实施例中，所述干涉式光纤传感器是低相干干涉传感器。

在一个实施例中，所述工具装置被构造为用于研磨工件的研磨工具，并且其中，所述至少一条光纤的远端位于所述研磨工具的磨料表面中。

在一个实施例中，所述光纤传感器确定在多个反射器处反射的两个光束之间的光学相位差，由此，由所述至少一条光纤的远端提供一个反射器。

在一个实施例中，所述光纤传感器确定在多个反射器处反射的两个光束之间的光学相位差，由此，由待机加工的所述工件的表面提供一个反射器。

在一个实施例中，所述工具装置被构造为用于机加工工件的切削工具，所述切削工具包括前刀面和至少一个刀腹面，所述刀腹面与所述前刀面相交并限定了切削边缘，并且其中所述至少一条光纤的远端位于所述切削工具的刀腹面中。

在一个实施例中，所述至少一条光纤被嵌入到设置在所述工具装置中的容纳部中并保持在适当位置。

在一个实施例中，所述光纤在一个物理线路上提供第一光路和第二光路。

在一个实施例中，所述光纤传感器包括光束分割器，所述光束分割器用于将多个所述光束分到不同的光纤中，所述光纤的远端定位在所述工具表面中且在间隔开的多个区域中。

根据本发明，一种测量机加工工具的状态的方法，其中，提供所述光纤传感器以测量所述工具装置的表面的状态，通过分析光束的反射或透射光谱相对于所述光束的输入光谱的光学相位差，确定所述工具装置的表面的磨损量、所述工具装置的修整状态、润滑膜的厚度、到所述工具装置的工件的距离和/或所述工具装置的堆积边缘的距离。

所提出的解决方案的基本特征是一种用于通过切削、铣削、钻孔或研磨机加工工件的工具装置，其包括用于在机加工期间检测工具装置的状态的传感器，其中该传感器可连接至接收单元，该接收单元将数据传输到分析单元以分析接收到的数据。该传感器被构造为光纤传感器，该光纤传感器包括至少一条光纤，该至少一条光纤为可连接光源发射的光束提供入射光路和反射光路，并且光纤的远端位于工具装置的表面中，并且构造为允许测量光路长度。测量光路长度还包括确定光路长度的改变。

在一实施例中，光纤传感器是干涉式(干涉测量式)光纤传感器。干涉式光纤传感器使用两光束之间的干涉，两光束通过单条光纤或两条不同光纤提供的不同光路传播。这种具有光纤的干涉式光纤传感器提供了诸如易于复用、机械柔韧性和低成本传感器基础材料的优点。光纤由于其良好的光导性能和其它诸如高灵敏度、低制造成本、小尺寸因数、高精度的独特特性而被广泛采用。

光的干涉现象可用于需要光束分割和光束结合组件的高精度测量。从光源发射的光束通过光纤传递，由此该光纤不仅用于传输光信号，而且还用作传感元件。干涉仪给出很多信息作为其信号。该测量值可以包括借助于检测波长、相位、强度、频率和/或带宽的改变的各种方式来定量确定。

在一个实施例中，光纤传感器设置为干涉式光纤传感器，其利用光学干涉经由使用光纤组件的传感***来测量物理性质或检测改变。在典型的干涉式光纤传感器中，光被分成至少两部分，并且光的至少一部分与待测量的量或物理效应相互作用。测得量或物理效应的相互作用引起光的相位变换或调制，当被改变的光与参考光发生干涉时可以检测到该位变换或调制。已知使用不同类型的干涉仪来产生通过反射器和/或分光器的干涉，诸如Michelson干涉仪，Fabry-Perot干涉仪和低相干干涉仪。

光纤干涉式传感器可以有许多构造，一种是由Fabry-Perot干涉仪组成，其提供了一种光纤传感器，对传输***中的光信号强度改变不敏感，因为有关测得值的所有信息都是在测量信号频谱的频率组分中感应出来的。Fabry-Perot干涉仪(Fabry-Perotinterferometer,FBI)传感器可以分为外在传感器和内在传感器。外在FBI传感器使用由相关的(interesting)纤维形成的外部腔反射，而内在FBI传感器在纤维本身内部具有反射分量。Fabry-Perot干涉仪的反射或透射光谱可以描述为输入光谱的波长相关强度调制，这主要是由两个反射或透射光束之间的光学相位差引起的。相位差受干涉仪的光路长度差的变化影响。根据本发明，被设计为Fabry-Perot干涉仪传感器的光纤传感器具有通过已知的手段和方法在纤维内形成的反射器以及由相关的纤维的远端提供的反射器。反射器之间的物理长度的改变引起相位变化，并且通过测量Fabry-Perot干涉仪的波长光谱的偏移，获得定量测量值以确定工具装置的接触区的磨损程度。在机加工过程期间，诸如切削工具或砂轮的工具装置与工件之间的快速接触会在接触区域中产生嵌入式光纤远端的准完美截面，使得该界面可以视为干涉仪意义上的反射器，特别是Fabry-Perot干涉仪。根据计算出的光纤长度的改变量，接触表面的磨损，特别是砂轮的磨料层的厚度可以被测量或可以确定切削边缘的改变。

干涉式光纤传感器的优选实施例基于低相干干涉仪，该低相干干涉仪使用低相干光束，该低相干光束被供应到光耦合器中，该光耦合器将光束分成两部分，其中一部分被导向工具表面，另一部分被导向扫描参考镜。所捕获的反射光束的干涉可用于确定工具表面反射点的精确位置。

设置接收单元以接收反射或透射的光，并且分析单元基于干涉响应的强度来确定光纤的长度的改变量，并将结果传输到控制单元。接收单元可以设置在旋转工具上，也可以设置在分析单元上，控制单元与旋转的机器部件分开。替代性地，接收单元、分析单元和控制单元被设置在机器的非旋转部分上，并且为了传输光信号，设置了用于将光束引导到接收单元的旋转接头。

将信号从机器的接收单元传输到分析单元可以无线方式进行，从中提供数据以进行进一步处理。在相对移动的部件之间，特别是在机器的旋转的砂轮或旋转的切削工具与固定部件之间的相应的无线传输方法在本领域中是已知的。为此目的，例如感应信号传输、借助于光敏传感器的传输或借助于滑动接触的传输是合适的。

工具装置可以是具有几何形状限定的切削边缘的切削工具，以及例如是具有几何形状未限定的切削边缘的研磨工具。在几何限定的切削边缘的情况下，工具装置，特别是切削工具或刀片，具有基体和至少一个切削边缘，该切削边缘由切削刀片的前刀面与刀腹面之间的相交处限定。在几何形状未限定的切削边缘的情况下，工具装置，特别是砂轮，具有基体和涂敷在基体上的磨料层。一条或多条集成在基体中或附接到基体，并且一条或多条的远端位于工具装置的表面，使得可以通过测量发射并接收的光束的干涉来确定工具装置的状态的改变。在一个实施例中，一条或多条的远端位于工具装置与工件的接触区中，特别是在研磨工具的磨料层中或在工具装置的限定切削工具的切削边缘的面中。

光纤被嵌入或附接到在工具装置中设计的容纳部中的工具的基体。此外，光纤一直延伸到工具的表面，特别是在研磨工具的情况下，磨料表面由颗粒组成，例如碳化硅、氧化铝、立方氮化硼(CBN)或金刚石，并嵌入到粘结材料中，例如金属、玻璃化物、树脂或混合材料。磨料表面的形状取决于研磨应用，并且可以具有各种形式，诸如柱形或平面形。对于特殊的研磨操作，其中砂轮表面是精加工的工件的印痕(imprint)(诸如在齿轮研磨中)，则研磨工具的磨料表面的轮廓也可以更精细。如在一个优选实施例中那样，光纤的刚度小于周围材料的刚度，以防止光纤在操作期间被损坏。

由于使用光纤传感器，允许以受光纤的数值孔径和尺寸限制的分辨率来观察局部区域，因此优选提供几条光纤来确定砂轮的大部分磨料表面或切削工具的大部分切削边缘。为了接收砂轮或切削边缘的状态数据，可以设置多条光纤，这些光纤分布在接触区的表面区域上。在一个实施例中，从光源发射的光束可以由单条光纤传输，该单条光纤被分成多个光路，每个光路在工具装置的表面中具有远端。可以将光纤传感器布置成使得其远端布置在工具装置与工件的接触表面中，并且定位成使得基本上可以从砂轮表面区域或切削边缘区域的总体来产生关于砂轮或切削工具的状态的信息、特别是磨料层的厚度或切削边缘的状态的信息。

关于具有几何形状未限定的切削边缘的研磨过程，研磨工具的磨损在磨料表面上不是恒定的，而是由于磨损的复杂性及其相应的机理以及该过程的动力学和摩擦学方面而变化的。根据本发明，研磨工具可以是砂轮，并且两者在本文中以相同的含义使用。为了精确确定砂轮的状态，测量砂轮形貌优于通过模型来预测或生成。由于使用直接在砂轮中布置的光纤传感器，允许在研磨过程中直接在接触区中监测磨料层的厚度改变。在本发明的一个实施例中，工具装置是杯形砂轮，其至少四条光纤的远端彼此垂直地定位在磨料层中。使用光纤来测量工具的轮廓，将多条光纤的远端定位在接触区中。因此，光纤的远端的数量和位置可以以许多方式变化。例如，在研磨工具的研磨表面的一些区域中，多条光纤远端布置成靠近另一个，而在其它区域中，仅设置了一条光纤的远端。

此外，本发明的方法具有检测与加工操作相关的众多过程和状态变量的潜力，例如检测研磨性能。该方法可以用于确定工具装置的表面的磨损量、工具装置的修整状态、润滑膜的厚度、工件与工具装置之间的距离和/或工具装置的堆积边缘(built-up edge)。例如，堆积边缘可以看作是材料在切削工具前刀面上的积聚，这改变了工具的几何形状和前刀倾斜度(steepness)。光纤传感器的优点是尺寸小，测量时无电气要求以及一定的稳定性。光纤的灵敏度基于相关的波长编码质量，可以在纤维的整个长度上传输而不会失真。因此，包括多条嵌入的光纤的工具装置可以用于提供一种***，在该***中直接且准确地记录各种信息，例如热量的生成、温度和冷却剂层。

定位诸如砂轮或切削工具的工具装置涉及检测与工件的接触力矩。通常，对于研磨过程，采用声发射传感器，该声发射传感器可以检测砂轮的颗粒与工件表面的接触。根据本发明，可以提供光纤传感器以确定工具装置诸如砂轮或切削工具与工件的初次触碰。为了检测初次切削，根据本发明使用了工具和工件的表面反射之间的差异。此外，在机加工过程期间，工具装置的位置适于提供预定的永久性接合重叠，该重叠也可以经由光纤传感器确定。

为了在维持特定产品质量框架的同时最大化生产率，并同时降低生产成本和时间，必须测量和分析诸如砂轮或切削工具的真实工具的形貌，以至少生成对于工具装置的修整有用的信息。在根据本发明的一个实施例中，包括嵌入的光纤传感器的砂轮在最佳的研磨状态下提供研磨，而没有与研磨机器相关联的由不同且独立的传感器组成的复杂***。

定量描述研磨过程中研磨工具磨损的典型且重要的参数是研磨比。其涉及所移除的工件材料对所消耗的研磨工具、特别是磨料磨损的体积的体积比。例如，研磨比通过非线性函数取决于砂轮的轮速。为了优化研磨比，可以使用根据本发明的光学传感器，因为研磨工具或砂轮的磨损是实时确定的。

根据本发明的一个优选实施例，如果砂轮的状态不允许进一步修整、磨锐和/或清洁，则砂轮是可更换的。由于光纤传感器包括低成本的传感器基础材料，因此，包括这种光纤传感器的砂轮的总成本不会进一步提高到通常使用的砂轮。根据本发明，具有至少一条光纤的磨料层是消耗性的，但是包括以可围绕砂轮轴线旋转的方式支承的轴承装置的砂轮的基体和接收单元是研磨机器的一部分。可以将砂轮设计为借助于电动机驱动旋转的杯形砂轮。杯形砂轮由一个砂轮杯组成，在其上放置了一个磨料环，该磨料环具有不同朝向的磨料表面。

根据本发明的工具装置的实施例和根据本发明的方法的实施例将通过示例的方式，参考附图更详细地说明。

附图说明

图1是以剖视图示出的根据本发明的工具装置的视图。

图2是以剖视图示出的根据本发明的工具装置的另一实施例的视图。

图3是根据本发明的工具装置的另一实施例的杯形砂轮的正视图的视图。

图4是根据本发明的工具装置的另一实施例的杯形砂轮的正视图的视图。

图5是根据图1的用于检测第一切口的工具装置的视图。

具体实施方式

在图1中，可以在剖视图中看到工具装置1以及工件4。图1所示是研磨工具2，诸如砂轮2，其包括基体10和磨料层12，该磨料层由嵌入有磨料颗粒的化合物组成。该化合物是粘结材料，并且例如由金属合金、合成树脂或陶瓷构成。磨料颗粒以已知的方式嵌入该粘结材料中，该磨料颗粒可以由金刚石或另一种相应地合适的材料制成。从图1中可以看出，嵌入到基体10中的是光纤传感器20，其提供两个光路，具体是第一光路22和第二光路24，优选地设置为在一个物理线路(称为光纤26)中供应两个光路的线内(in-line)结构，以引导由光源30发射的光束。光纤传感器20由低成本的基础材料(典型地为二氧化硅)制成，可在恶劣的状态下使用。聚合物光纤传感器的进一步开发是已知的。为了基于光纤干涉仪光学组件(诸如光束分割器和组合器)使光纤传感器20小型化，使用小尺寸的纤维装置以允许光纤传感器20在纤维规模上操作。第一和第二光路22、24可以布置在设置在基体10和磨料层12中的容纳部16中，由此第一和第二光路22、24的一个远端分别位于磨料层12的表面，特别是在工具表面14中，该工具表面提供了与待机加工工件4的接触表面。

根据本发明，光纤传感器20基于包括干涉仪，优选为低相干干涉仪的低相干干涉。来自光源30的光束被供应到光学耦合器32中，该光学耦合器将光束分成两个路径，一个路径通向工具表面14，另一路径通向参考表面。从两个路径反射回的光线的干涉例如由检测器捕获并由分析单元50分析。由于反射和透射光束在两个平行表面上的多重叠加而发生干涉。干涉仪使用来自内部反射器和来自光纤26的远端的反射。根据工具装置1的高性能，光纤26的机加工的表面可以用作反射器，诸如干涉仪的反射镜。

在机加工过程期间，工具装置1由于机械、物理和化学效应而磨损，并且工具装置1的机加工能力降低。如图1所示，在机加工过程期间，特别是在砂轮2的研磨过程期间，光纤传感器20也如同工具表面14一样暴露于机械、物理和化学效应，导致光纤26的长度或光路的长度改变。由此，相关的接收单元40接收由光纤传感器20(即，检测器)收集的砂轮2的表面的轮廓数据，并将该数据传输到连接至控制单元60的分析单元50。

图2示出了工具装置1的另一实施例。示出了诸如切削刀片的切削工具3。切削工具3具有基体10，并且包括用于检测由切削刀片在工件4上的操作而引起的切削刀片磨损的光纤传感器20，其中，光纤传感器20包括提供第一光路22和第二光路24的光纤26。工具装置1包括由切削工具3的前刀面(rake face)72与刀腹面(flank face，刀后面，齿根面)74之间的交叉处限定的切削边缘70。如图2所示，光纤传感器20容纳在设置在切削工具3的基体10中的容纳部16中，并以适当的方式固定。在一实施例中，光纤传感器20的光纤26具有的被提供的光路22、24的一个远端位于刀腹面74的平面中。如箭头所示，光束逸出并进入光纤26的远端。根据所示的实施例，光纤传感器20是在反射模式下使用干涉仪的低相干干涉传感器(即，低相干干涉测量传感器)，例如来自外部腔的反射，特别是由刀腹面74和待机加工工件4的表面构造成的反射。由于该空气腔由切削边缘70限定，因此可以用来确定由于腔的物理长度的改变而引起的切削边缘70的磨损，其引起被测量的相位变化。

图3所示是杯形砂轮2的正视图。砂轮2一般包括研磨杯，其上放置有磨料环80，磨料环80具有环形磨料表面82和呈侧向区域形状的磨料表面(未示出)。为了确定砂轮2的磨损，特别是环形磨料表面82的磨损，以决定磨料层对于研磨是否足够好，优选具有关于全部磨料表面或至少多个磨料表面区域的状态信息。因此，可以使用一条以上的光纤传感器20来检测磨料表面82的状态。根据本发明的优选实施例，至少四条光纤传感器设置定位在确定的位置。

根据图4，示出了杯形砂轮2的详细正视图。在研磨过程期间，施加到砂轮2上的载荷造成磨损，其中宏观磨损与宏观几何形状的恶化有关，包括径向磨损和边缘磨损，并引起轮廓的改变、尺寸误差和跳动(runout)。为了确定砂轮2的形貌，在杯形砂轮2的磨料表面82中设置有多条光纤传感器20，特别是定位在磨料表面82的区域中，使得径向磨损以及边缘磨损可以被确定。所获得的轮廓数据在调节过程中很重要，以便进行制备和再生影响砂轮2形貌的砂轮宏观和微观几何形状。

从图5中可以看出，具有包括光纤26的嵌入的光纤传感器20的工具装置1被构造为确定与机加工过程有关的更多的参数。作为一个示例，光纤传感器20可以用于确定工具装置1的表面，特别是确定砂轮2的磨料层12的磨料表面14，特别是在开始研磨操作之前确定研磨工具2与工件4的表面之间的距离，以确保相对彼此的正确位置并检测首次切削。

Claims (12)

1.一种工具装置(1)，用于通过切削、铣削、钻孔或研磨来机加工工件(4)，所述工具装置包括：

传感器(20)，用于在机加工期间检测所述工具装置(1)的状态，

其中所述传感器(20)能够连接到接收单元(40)，所述接收单元将数据传输到用于分析接收到的数据的分析单元(50)，

其特征在于，

所述传感器(20)被构造为光纤传感器(20)，所述光纤传感器包括至少一条光纤(26)，所述光纤为能连接的光源(30)所发射的光束提供入射光路(22)和反射光路(24)，并且所述光纤的远端位于所述工具装置(1)的与所述工件(4)接触的表面(14，74)中，以允许测量光路长度；

在机加工过程期间，所述光纤传感器(20)如同所述表面(14，74)一样暴露，导致所述光纤(26)的长度改变。

2.根据权利要求1所述的工具装置(1)，其中，所述光纤传感器(20)是干涉式光纤传感器。

3.根据权利要求2所述的工具装置(1)，其中，所述干涉式光纤传感器使用两个光束之间的干涉，所述两个光束通过不同的光路(22，24)传播，所述光路由单条光纤(26)或两条不同的光纤(26)提供。

4.根据权利要求2或3所述的工具装置(1)，其中，所述干涉式光纤传感器是低相干干涉传感器。

5.根据前述权利要求中任一项所述的工具装置(1)，其中，所述工具装置(1)被构造为用于研磨工件(4)的研磨工具(2)，并且其中，所述至少一条光纤(26)的远端位于所述研磨工具(2)的磨料表面(14)中。

6.根据权利要求5所述的工具装置(1)，其中，所述光纤传感器(20)确定在多个反射器处反射的两个光束之间的光学相位差，由此，由所述至少一条光纤(26)的远端提供一个反射器。

7.根据前述权利要求1至4中的任一项所述的工具装置(1)，其中，所述光纤传感器(20)确定在多个反射器处反射的两个光束之间的光学相位差，由此，由待机加工的所述工件(4)的表面提供一个反射器。

8.根据权利要求7所述的工具装置(1)，其中，所述工具装置(1)被构造为用于机加工工件(4)的切削工具(3)，所述切削工具包括前刀面(72)和至少一个刀腹面(74)，所述刀腹面与所述前刀面(72)相交并限定了切削边缘(70)，并且其中所述至少一条光纤(26)的远端位于所述切削工具(3)的刀腹面(74)中。

9.根据前述权利要求中的其中一项所述的工具装置(1)，其中，所述至少一条光纤(26)被嵌入到设置在所述工具装置(1)中的容纳部(16)中并保持在适当位置。

10.根据前述权利要求中的其中一项所述的工具装置(1)，其中，所述光纤(26)在一个物理线路上提供第一光路(22)和第二光路(24)。

11.根据前述权利要求中的其中一项所述的工具装置(1)，其中，所述光纤传感器(20)包括光束分割器，所述光束分割器用于将多个所述光束分到不同的光纤(26)中，所述光纤的远端定位在所述工具表面(14)中且在间隔开的多个区域中。

12.一种使用根据权利要求1至11中的其中一项所述的工具装置(1)来测量机加工工具的状态的方法，其中，提供所述光纤传感器(20)以测量所述工具装置(1)的表面(14)的状态，通过分析光束的反射或透射光谱相对于所述光束的输入光谱的光学相位差，确定所述工具装置(1)的表面(14)的磨损量、所述工具装置(1)的修整状态、润滑膜的厚度、到所述工具装置(1)的工件(4)的距离和/或所述工具装置(1)的堆积边缘的距离。