DE102013011307A1

DE102013011307A1 - Method and device for tool measurement or workpiece measurement

Info

Publication number: DE102013011307A1
Application number: DE201310011307
Authority: DE
Inventors: Stefan Häfele; Heribert Bucher
Original assignee: Blum Novotest GmbH
Current assignee: Blum Novotest GmbH
Priority date: 2013-07-05
Filing date: 2013-07-05
Publication date: 2015-01-08

Abstract

Verfahren zum Vermessen eines Werkzeugs mit einer Kante vorgeschlagen, mit den Schritten: Bereitstellen einer Messvorrichtung, aufweisend einen Laserstrahler und einen Laserstrahlempfänger zur berührungslosen Abtastung eines Werkzeugs mittels eines von dem Laserstrahler zu dem Laserstrahlempfänger gesandten Messstrahls. Aus dem Laserstrahlempfänger wird für ein Maß einer Abschattung des Messstrahls bei der Abtastung des Werkzeugs mittels des Messstrahls wenigstens ein repräsentatives Signal ausgegeben. Dieses Signal kann einen durchgehenden Wertebereich mit einer oberen Grenze und einer unteren Grenze haben. Bereitstellen einer Auswerteeinrichtung zum Empfangen und Verarbeiten des wenigstens einen Signals, um dieses Signal zu verarbeiten und ein Ausgangssignal auszugeben. Das Ausgangssignal gibt an, dass bei dem Laserstrahlempfänger eine Lichtmenge aus dem Messstrahl ankommt, die einen vorbestimmten Schwellenwert über- oder unterschreitet. Einführen des Werkzeugs in den Messstrahl so, dass eine zu messende wenigstens eine Schneide oder Kante des Werkzeugs, während dieses rotiert, in den Messstrahl eintaucht und wieder verlässt; die dabei bei dem Laserstrahlempfänger ankommende Lichtmenge aus dem Messstrahl wird so durch die Kante(n) des Werkzeugs moduliert. Rotieren des Werkzeugs in dem Messstrahl so, dass die zu messende wenigstens eine Schneide oder Kante des Werkzeugs die bei dem Laserstrahlempfänger ankommende Lichtmenge aus dem Messstrahl moduliert. Erzeugen des Ausgangsignals, das ein Ergebnis eines Vergleichens des wenigstens einen Signals mit dem Schwellenwert repräsentiert. Verändern des Maßes einer Stellgröße in der Auswerteeinrichtung und/oder der Messvorrichtung um das Signal oder den Schwellenwert umzuformen. Mehrfaches Wiederholen der Schritte: Rotieren des Werkzeugs in dem Messstrahl, Erzeugen des Ausgangsignals, und Verändern des Maßes einer Stellgröße, Auswerten des Maßes der Stellgröße, bei dem das Ausgangsignal eine charakteristische Größe annimmt.A method for measuring a tool with an edge proposed, comprising the steps of: providing a measuring device, comprising a laser emitter and a laser beam receiver for non-contact scanning of a tool by means of a sent from the laser emitter to the laser beam receiver measuring beam. At least one representative signal is output from the laser beam receiver for a degree of shading of the measuring beam during the scanning of the tool by means of the measuring beam. This signal can have a continuous value range with an upper limit and a lower limit. Providing an evaluation device for receiving and processing the at least one signal in order to process this signal and to output an output signal. The output signal indicates that in the case of the laser beam receiver a quantity of light arrives from the measuring beam which exceeds or falls below a predetermined threshold value. Inserting the tool into the measuring beam so that an at least one cutting edge or edge of the tool to be measured, while rotating, dips into the measuring beam and leaves again; The amount of light arriving from the measuring beam at the laser beam receiver is thus modulated by the edge (s) of the tool. Rotating the tool in the measuring beam so that the measured at least one cutting edge or edge of the tool modulates the incoming at the laser beam receiver amount of light from the measuring beam. Generating the output signal representing a result of comparing the at least one signal to the threshold. Changing the measure of a manipulated variable in the evaluation and / or the measuring device to transform the signal or the threshold. Repeating the steps several times: rotating the tool in the measuring beam, generating the output signal, and changing the measure of a manipulated variable, evaluating the measure of the manipulated variable at which the output signal assumes a characteristic size.

Description

Hintergrundbackground

Hier wird ein Verfahren und Vorrichtung zum Messen oder Vermessen eines Werkzeugs oder Werkstücks beschrieben. Dieses Werkzeug oder Werkstück kann in einer Werkstückbearbeitungsmaschine aufgenommen sein. Die Werkstückbearbeitungsmaschine kann eine (numerisch gesteuerte) Werkzeugmaschine (NC-Maschine), ein (Mehrachsen-)Bearbeitungszentrum, eine (Mehrachsen-)Fräsmaschine oder dergl. sein. Nachstehend wird für alle diese oder derartigen Maschinen auch der Begriff Werkzeugmaschine verwendet. Eine solche Maschine hat eine Spindel, an der ein Werkzeug oder ein Werkstück montiert ist; die Spindel kann fest positioniert oder zum Beispiel in drei orthogonalen Richtungen X, Y, Z innerhalb eines Arbeitsraums der Maschine bewegt und zur Rotation um diese Achsen angetrieben werden.Here, a method and apparatus for measuring or measuring a tool or workpiece will be described. This tool or workpiece can be accommodated in a workpiece processing machine. The workpiece processing machine may be a (numerically controlled) machine tool (NC machine), a (multi-axis) machining center, a (multi-axis) milling machine or the like. Hereinafter, the term machine tool is used for all these or such machines. Such a machine has a spindle on which a tool or a workpiece is mounted; the spindle may be fixedly positioned or, for example, moved in three orthogonal directions X, Y, Z within a working space of the machine and driven for rotation about these axes.

In ein Werkzeugmagazin der Werkzeugmaschine eingesetzte Werkzeuge müssen vor ihrer ersten Verwendung in einem Bearbeitungsprozess in Länge und Radius präzise vermessen werden. Die bei Spindeldrehzahl ermittelten Werkzeugdaten werden dabei automatisch unter einer spezifischen Werkzeugnummer in die Werkzeugtabelle der NC-Steuerung eingetragen. Anschließend sind die Werkzeugdaten bei jedem Einsatz dieses Werkzeugs bekannt und für die Bearbeitung verfügbar. Das Werkzeug kann durch die Werkzeugmaschine in einen Messraum, einen zur Messung festgelegten Bereich, eines Lichtstrahls bewegt werden. Der Lichtstrahl detektiert die Nähe der Oberfläche beispielsweise mit einer kapazitiven, induktiven oder optischen Einrichtung. Mit Hilfe des Lichtstrahls werden entsprechende Messdaten erzeugt und an eine Steuerung weitergeleitet, die ein Computerprogramm enthalten kann. Zusammen mit der Maschinenpositionsinformation ermöglichen die Messdaten der (numerischen) Steuerung, ein genaues Bild der Abmessungen des Werkzeugs oder Werkstücks zu ermitteln.Tools used in a tool magazine of the machine tool must be measured precisely before their first use in a machining process in length and radius. The tool data determined at spindle speed are entered automatically under a specific tool number in the tool table of the NC control. Afterwards, the tool data are known each time this tool is used and available for processing. The tool can be moved by the machine tool into a measuring space, an area specified for the measurement, a light beam. The light beam detects the proximity of the surface, for example, with a capacitive, inductive or optical device. Using the light beam corresponding measurement data are generated and forwarded to a controller, which may include a computer program. Together with the machine position information, the measurement data of the (numerical) control makes it possible to obtain an accurate picture of the dimensions of the tool or workpiece.

Das Einstellen, die Längenmessung, das Messen des Werkzeugradius, oder das Messen der Werkzeugform mittels Laserlichtschranke ist Stand der Technik. Aus der DE 101 40 822 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung von drehantreibbaren Werkzeugen bekannt, das den Moment verwendet, in dem das zu vermessende Werkzeug und ein Messstrahl sich voneinander trennen. Dazu wird das Werkzeug so in dem Messstrahl positioniert, dass dessen Strahlengang unterbrochen wird, also das Werkzeug den Messstrahl wenigstens teilweise abschattet. Eine Unterbrechung des Messstrahles dabei liegt vor, wenn der Messstrahl vollständig von dem Werkzeug blockiert wird oder eine Lichtmenge durchgelassen wird, die einen vorbestimmten Grenzwert unterschreitet.The setting, the length measurement, the measuring of the tool radius, or the measurement of the tool shape by means of laser light barrier is state of the art. From the DE 101 40 822 A1 For example, a method and a device for determining the position of rotary driveable tools is known which uses the moment in which the tool to be measured and a measuring beam separate from one another. For this purpose, the tool is positioned in the measuring beam, that its beam path is interrupted, so the tool at least partially shaded the measuring beam. An interruption of the measuring beam is present when the measuring beam is completely blocked by the tool or a quantity of light is transmitted, which falls below a predetermined limit.

Der Grenzwert ist in Abhängigkeit der Lichtmenge definiert, die mindestens erforderlich ist, um mittels eines für den Messstrahl verwendeten Empfängers ein Signal auszugeben, das den Empfang des Messstrahles angibt. Eine Unterbrechung kann gegeben sein, wenn eine Teilabschattung des Messstrahles durch das Werkzeug zu einer durchgelassenen Lichtmenge von 50% der ausgesendeten Lichtmenge führt.The limit value is defined as a function of the quantity of light which is at least necessary in order to output a signal indicating the reception of the measuring beam by means of a receiver used for the measuring beam. An interruption may occur if partial shading of the measuring beam by the tool leads to a transmitted light quantity of 50% of the emitted light quantity.

Zur Festlegung der Ausgangsposition werden die bekannten, ungefähren Maße des zu vermessenden Werkzeuges verwendet, oder das Werkzeug wird durch Aktivierung einzelner oder mehrerer Achsen der Werkzeugmaschine in Art einer Suchbewegung so lange bewegt, bis sich das Werkzeug in dem Messstrahl befindet. Währenddessen oder danach wird das Werkzeug gedreht. Anschließend wird das Werkzeug relativ zu dem Messstrahl mit einer gewählten, möglichst konstanten Geschwindigkeit in Richtung von diesem weg bewegt. Dabei wird das Werkzeug zu einer Messposition bewegt, in der der Messstrahl von dem Werkzeug nicht mehr unterbrochen wird, d. h. das Werkzeug von dem Messstrahl getrennt wird. Der Moment der Trennung dann wird erreicht, wenn die Unterbrechung des Messstrahles durch das Werkzeug zu einer Abschattung führt, bei der die durchgelassene Lichtmenge für eine Auslösung eines Signals des Empfängers ausreicht. Die Messposition wird, beispielsweise unter Verwendung von durch eine Steuerung einer Werkzeugmaschine ermittelten Achsenpositionen erfasst und zum Ermitteln einer Position für das Werkzeug verwendet. Die Messposition wird erfasst, wenn der Messstrahl für wenigstens eine Umdrehung des Werkzeuges nicht unterbrochen wird.To determine the starting position, the known, approximate dimensions of the tool to be measured are used, or the tool is moved by activating one or more axes of the machine tool in the manner of a search movement until the tool is in the measuring beam. Meanwhile or after, the tool is rotated. Subsequently, the tool is moved relative to the measuring beam at a selected, as constant as possible in the direction of this away. The tool is moved to a measuring position in which the measuring beam is no longer interrupted by the tool, d. H. the tool is separated from the measuring beam. The moment of separation is then reached when the interruption of the measuring beam by the tool leads to shading in which the amount of transmitted light is sufficient for triggering a signal of the receiver. The measurement position is detected using, for example, axis positions determined by a machine tool controller and used to determine a position for the tool. The measuring position is detected when the measuring beam is not interrupted for at least one revolution of the tool.

In ”Vermessung rotierender Werkzeuge in HSC-Fräsmaschinen” von K. Rall et al. in ZWF 93, Jahren 1998, Heft 4, Seiten 127 bis 130 ist ein Verfahren zum Ermitteln der Wirkkontur eines Werkzeugs mit einer Laserlichtschranke beschrieben. Dabei wird das Werkzeug gedreht und quer zu dem Messstrahl der Laserlichtschranke verfahren. Es werden Messpositionen ermittelt, die den Eintritt des Werkzeugs in den und dessen Austritt aus dem Messstrahl angeben. Aus der Differenz dieser Messpositionen wird der Wirkdurchmesser des Werkzeugs bestimmt. Dieser Vorgang wird, jeweils nach axialem Verschieben des Werkzeugs, sooft wiederholt, bis die gesamte interessierende Wirkkontur bekannt ist.In "Measurement of rotating tools in HSC milling machines" by K. Rall et al. in ZWF 93, years 1998, No. 4, pages 127 to 130 a method for determining the active contour of a tool with a laser light barrier is described. The tool is rotated and moved transversely to the measuring beam of the laser light barrier. Measuring positions are determined which indicate the entry of the tool into and out of the measuring beam. The effective diameter of the tool is determined from the difference between these measuring positions. This process is repeated, each time after axial displacement of the tool, until the entire effective contour of interest is known.

Die DE 42 38 504 A1 zeigt ein Verfahren zum Vermessen eines Werkzeuges in einer Spindel einer Werkzeugmaschine, bei der das Werkzeug durch relatives Verfahren zwischen einem die Spindel aufnehmenden Spindelstock und einem Werkstücktisch zugestellt wird. Die relative Lage des Spindelstockes zu einem Referenzpunkt wird mittels eines Wegmesssystems bestimmt, wobei das Werkzeug in Richtung einer seiner Koordinaten einer im Wesentlichen quer zu der Koordinate verlaufenden optischen Messebene mit zugeordnetem optischem Messsystem zugestellt wird. Das Messsystem gibt dabei ein Messsignal aus, anhand dessen bestimmt wird, ob das Werkzeug in die Messebene eintaucht. Bei Eintauchen des Werkzeuges in die Messebene wird die relative Lage des Spindelstockes als Lagemesswert gemessen und aus dem Lagemesswert sowie aus der relativen Lage der Messebene die Abmessungen des Werkzeuges berechnet. The DE 42 38 504 A1 shows a method for measuring a tool in a spindle of a machine tool, wherein the tool is delivered by relative method between a spindle receiving the headstock and a workpiece table. The relative position of the headstock to a reference point is determined by means of a displacement measuring system, wherein the tool is delivered in the direction of one of its coordinates of a substantially transverse to the coordinate optical measuring plane with associated optical measuring system. The measuring system outputs a measuring signal, which determines whether the tool dips into the measuring plane. When the tool is immersed in the measuring plane, the relative position of the headstock is measured as a position measured value and the dimensions of the tool are calculated from the position measuring value and from the relative position of the measuring plane.

Bei diesen bekannten Vorrichtungen/Verfahren wird ein in der Werkzeugspindel der NC Maschine eingespanntes, drehendes oder stehendes Werkzeug in Längs- oder Querrichtung in einen Laserstrahl hinein oder aus dem Laserstrahl herausgeführt.In these known devices / methods a clamped in the tool spindle of the NC machine, rotating or stationary tool in the longitudinal or transverse direction in a laser beam in or out of the laser beam.

Dabei werden das Werkzeug und der Laserstrahl relativ zueinander bewegt. Die vom Werkzeug verursachte Strahlabschattung wird gemessen und bei einer definierten Abschattung ein Schaltsignal ausgegeben. Zum Zeitpunkt dieses Schaltsignals wird die Position der jeweiligen Maschinenachse erfasst. Der erfasste Wert entspricht z. B. dem maximalen Werkzeugradius oder der maximalen Werkzeuglänge. Da bei dieser Art der Messung bei drehendem Werkzeug das Verhältnis zwischen Vorschub und Drehzahl die erreichbare Genauigkeit vorgibt, muss zur präzisen Messung das Werkzeug mit sehr kleinem Vorschub relativ zum Laserstrahl bewegt werden. Nach dem ersten Erfassen zum Beispiel des Schaltsignals, das den Werkzeugradius anzeigt, wird die Messung zur Signalbestätigung oder zur Mittelwertbildung in der Regel ein- oder mehrmals wiederholt. Daher benötigt der gesamte Messvorgang für ein Werkzeug relativ viel Zeit.The tool and the laser beam are moved relative to each other. The beam shading caused by the tool is measured and a switching signal is output at a defined shading. At the time of this switching signal, the position of the respective machine axis is detected. The detected value corresponds to z. B. the maximum tool radius or the maximum tool length. Since in this type of measurement with rotating tool, the ratio between feed and speed specifies the achievable accuracy, the tool with a very small feed must be moved relative to the laser beam for precise measurement. After the first detection of, for example, the switching signal indicating the tool radius, the measurement for signal confirmation or averaging is usually repeated one or more times. Therefore, the entire measurement process for a tool takes a relatively long time.

Zugrundeliegendes ProblemUnderlying problem

Die hier vorgestellte Vorgehensweise/Anordnung soll diesen Zeitbedarf für den gesamten Messvorgang wesentlich reduzieren bzw. die Genauigkeit einer Messung durch viele Messwerte und anschließende Mittelwertbildung erhöhen. Die hier vorgestellte Vorgehensweise/Anordnung kann sinngemäß auch für die Messung von Werkstücken angewendet werden.The procedure / arrangement presented here is intended to substantially reduce this time requirement for the entire measuring process or to increase the accuracy of a measurement by means of many measured values and subsequent averaging. The procedure / arrangement presented here can also be applied mutatis mutandis for the measurement of workpieces.

Vorgeschlagene LösungSuggested solution

Zur Lösung des Problems wird ein im Patentanspruch 1 definiertes Verfahren zum Vermessen eines in einer Werkstückbearbeitungsmaschine aufgenommenen Werkzeugs mit wenigstens einer Schneide oder Kante vorgeschlagen, mit den Schritten: Bereitstellen einer Messvorrichtung, aufweisend einen Laserstrahler und einen Laserstrahlempfänger zur berührungslosen Abtastung eines Werkzeugs mittels eines von dem Laserstrahler zu dem Laserstrahlempfänger gesandten Messstrahls. Aus dem Laserstrahlempfänger wird für ein Maß einer Abschattung des Messstrahls bei der Abtastung des Werkzeugs mittels des Messstrahls wenigstens ein repräsentatives Signal ausgegeben. Dieses Signal kann einen durchgehenden Wertebereich mit einer oberen Grenze und einer unteren Grenze haben. Dabei ist es nicht erheblich, ob das Signal als analoges oder als digitales Signal bereitgestellt wird.To solve the problem, a defined in claim 1 method for measuring a recorded in a workpiece processing tool with at least one cutting edge or edge is proposed, comprising the steps of: providing a measuring device comprising a laser emitter and a laser beam receiver for contactless scanning of a tool by means of one of Laser emitter to the laser beam receiver sent measuring beam. At least one representative signal is output from the laser beam receiver for a degree of shading of the measuring beam during the scanning of the tool by means of the measuring beam. This signal can have a continuous value range with an upper limit and a lower limit. It is not significant whether the signal is provided as an analog or as a digital signal.

Bereitstellen einer Auswerteeinrichtung zum Empfangen und Verarbeiten des wenigstens einen Signals, um dieses Signal zu verarbeiten und ein Ausgangssignal auszugeben; Das Ausgangssignal gibt an, dass bei dem Laserstrahlempfänger eine Lichtmenge aus dem Messstrahl ankommt, die einen vorbestimmten Schwellenwert über- oder unterschreitet.Providing an evaluator for receiving and processing the at least one signal to process that signal and output an output signal; The output signal indicates that in the case of the laser beam receiver a quantity of light arrives from the measuring beam which exceeds or falls below a predetermined threshold value.

Einführen des Werkzeugs in den Messstrahl so, dass eine zu messende wenigstens eine Schneide oder Kante des Werkzeugs, während dieses rotiert, in den Messstrahl eintaucht und wieder verlässt; die dabei bei dem Laserstrahlempfänger ankommende Lichtmenge aus dem Messstrahl wird so durch die Schneide(n)/Kante(n) des Werkzeugs moduliert.Inserting the tool into the measuring beam so that an at least one cutting edge or edge of the tool to be measured, while rotating, dips into the measuring beam and leaves again; the amount of light arriving from the measuring beam at the laser beam receiver is thus modulated by the cutting edge (s) / edge (s) of the tool.

Rotieren des Werkzeugs in dem Messstrahl so, dass die zu messende wenigstens eine Schneide oder Kante des Werkzeugs die bei dem Laserstrahlempfänger ankommende Lichtmenge aus dem Messstrahl moduliert;
Erzeugen des Ausgangsignals, das ein Ergebnis eines Vergleichens des wenigstens einen Signals mit dem Schwellenwert repräsentiert;
Verändern des Maßes einer Stellgröße in der Auswerteeinrichtung und/oder der Messvorrichtung um das Signal oder den Schwellenwert umzuformen;
Mehrfaches Wiederholen der Schritte: Rotieren des Werkzeugs in dem Messstrahl, Erzeugen des Ausgangsignals, und Verändern des Maßes einer Stellgröße;
Auswerten des Maßes der Stellgröße, bei dem das Ausgangsignal eine charakteristische Größe annimmt.Rotating the tool in the measuring beam so that the at least one cutting edge or edge of the tool to be measured modulates the amount of light arriving at the laser beam receiver from the measuring beam;
Generating the output signal representing a result of comparing the at least one signal with the threshold value;
Changing the measure of a manipulated variable in the evaluation device and / or the measuring device in order to transform the signal or the threshold value;
Repeating the steps several times: rotating the tool in the measuring beam, generating the output signal, and varying the amount of a manipulated variable;
Evaluate the measure of the manipulated variable at which the output signal assumes a characteristic size.

Derart in Bezug auf eine Schneide oder Kante des Werkzeugs (oder eines Werkstücks) erzeugte Ausgangssignale können dann in der Auswerteeinrichtung direkt oder in einer nachgeordneten Steuerungseinheit ausgewertet werden.Such output signals generated in relation to a cutting edge or edge of the tool (or of a workpiece) can then be evaluated in the evaluation device directly or in a downstream control unit.

Diese hier vorgestellte Vorgehensweise verkürzt zum einen den Nachteil der langen Messzeit bisher bekannter Verfahren, bei dem in der Regel das Werkzeug relativ zum Messstrahl verfahren wird. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass das relativ langsame Verfahren des Werkzeugs relativ zum Laserstrahl durch die wesentlich schneller ausführbaren Schritte: Rotieren des Werkzeugs in dem Messstrahl, Erzeugen des Ausgangsignals, und Verändern des Maßes einer Stellgröße, ersetzt wird. So können durch die wesentlich kürzere Dauer der einzelnen Messungen in der gleichen Zeit eine Vielzahl an Messungen mit der hier vorgestellten Vorgehensweise ausgeführt werden. Dies erhöht auch die Genauigkeit sowie die Messsicherheit. Da die hier vorgestellte Vorgehensweise die mechanischen Achsbewegungen der Werkstückbearbeitungsmaschine durch ”elektronische Bewegungen” ersetzt, wird die Belastung insbesondere bei Werkstückbearbeitungsmaschinen mit großen bewegten Massen deutlich reduziert. Unter ”elektronische Bewegungen” ist hier verstanden, dass eine andere Größe als die mechanische Position der Spindel der Werkstückbearbeitungsmaschine mit dem Werkzeug gezielt verändert wird, um die Messungen zu variieren.This procedure presented here, on the one hand, shortens the disadvantage of the long measuring time of previously known methods, in which, as a rule, the tool is moved relative to the measuring beam. This procedure has the advantage that the relatively slow movement of the tool relative to the laser beam is replaced by the steps that can be carried out much faster: rotating the tool in the measuring beam, generating the output signal, and changing the amount of a manipulated variable. Thus, due to the much shorter duration of the individual measurements in the same time, a large number of measurements can be carried out with the procedure presented here. This also increases the accuracy and the measurement reliability. Since the procedure presented here replaces the mechanical axis movements of the workpiece processing machine with "electronic movements", the load is significantly reduced, especially in workpiece processing machines with large moving masses. By "electronic movements" is meant here that a different size than the mechanical position of the spindle of the workpiece processing machine is selectively changed with the tool to vary the measurements.

Die Auswertung der Signale zur Ermittlung der zu messenden Größe des Werkzeugs kann dadurch erreicht werden, dass die Stellgröße (schnell, schrittweise) verändert wird. Dazu dienen je nach Ausgestaltung unterschiedliche Implementierungen.The evaluation of the signals for determining the size of the tool to be measured can be achieved by changing the manipulated variable (fast, stepwise). Depending on the configuration, different implementations serve this purpose.

Bei Varianten dieser Vorgehensweise kann als Stellgröße bei unverändertem Schwellenwert eine Leistung des Laserstrahlers, oder ein Verstärkungsfaktor eines Signalverstärkers (z. B. in einem Signalverstärker der Auswerteeinrichtung) des repräsentativen Signals verändert werden. Alternativ oder zusätzlich können bei unveränderter Leistung des Laserstrahlers der Schwellenwert, oder die Querabmessungen des Messstrahls im Bereich des Laserstrahlers, oder die Querabmessungen des Messstrahls im Bereich des Laserstrahlempfängers, zum Beispiel durch geeignet anzusteuernde, verstellbare Blenden, verändert werden. Alle diese ”elektronischen Bewegungen” sind um Größenordnungen schneller auszuführen als mechanische Positionsänderungen der Spindel der Werkstückbearbeitungsmaschine.In variants of this procedure, a power of the laser emitter, or an amplification factor of a signal amplifier (eg in a signal amplifier of the evaluation device) of the representative signal can be changed as a manipulated variable with the same threshold value. Alternatively or additionally, with unchanged power of the laser emitter, the threshold value, or the transverse dimensions of the measuring beam in the region of the laser emitter, or the transverse dimensions of the measuring beam in the region of the laser beam receiver, for example, by suitably controlled, adjustable aperture, be changed. All these "electronic movements" are orders of magnitude faster than mechanical position changes of the spindle of the workpiece processing machine.

Die Stellgröße bleibt bei dieser Vorgehensweise für mindestens für die Dauer einer Umdrehung des Werkzeugs unverändert. Dazu kann die Auswerteeinrichtung die Drehzahl des Werkzeugs entweder vorgeben, oder über einen entsprechenden Eingang mit einem die Dauer einer Umdrehung des Werkzeugs enthaltenden Signal von außen versorgt werden.The manipulated variable remains unchanged in this procedure for at least the duration of one revolution of the tool. For this purpose, the evaluation can either specify the speed of the tool, or be supplied from the outside via a corresponding input with a signal containing the duration of one revolution of the tool.

Die Stellgröße wird schrittweise verändert. Dies kann kontinuierlich, stufenförmig ansteigend oder abfallend, oder mit wechselnder Schrittgröße, abhängig vom vorherigen Vergleichsergebnis, ansteigend oder abfallend erfolgen.The manipulated variable is changed step by step. This can be done continuously, stepwise rising or falling, or with changing step size, depending on the previous comparison result, increasing or decreasing.

Hier wird auch ein in Patentanspruch 4 definiertes Verfahren zur Formkontrolle eines in einer Werkstückbearbeitungsmaschine aufgenommenen Werkzeugs mit wenigstens einer Schneide oder Kante vorgeschlagen, mit den Schritten:
Bereitstellen einer Messvorrichtung, aufweisend einen Laserstrahler und einen Laserstrahlempfänger zur berührungslosen Abtastung eines Werkzeugs mittels eines von dem Laserstrahler zu dem Laserstrahlempfänger gesandten Messstrahls; Aus dem Laserstrahlempfänger wird hiermit für ein Maß einer Abschattung des Messstrahls bei der Abtastung des Werkzeugs mittels des Messstrahls wenigstens ein repräsentatives Signal ausgegeben; Dieses repräsentative Signal kann einen durchgehenden Wertebereich mit einer oberen Grenze und einer unteren Grenze haben;
Bereitstellen einer Auswerteeinrichtung zum Empfangen und Verarbeiten des wenigstens einen Signals, um dieses Signal zu verarbeiten und ein Ausgangssignal auszugeben. Das Ausgangssignal gibt an, dass bei dem Laserstrahlempfänger eine Lichtmenge aus dem Messstrahl ankommt, die einen vorbestimmten Schwellenwert über- oder unterschreitet;
Einführen des Werkzeugs in den Messstrahl an einer Stelle entlang seiner (Soll-)Kontur so, dass eine zu messende wenigstens eine Schneide oder Kante des Werkzeugs den Messstrahl die bei dem Laserstrahlempfänger ankommende Lichtmenge aus dem Messstrahl verändert; Die Soll-Kontur kann dabei entweder in einem vorherigen Messzyklus gemessen oder als Idealmaß vorgegeben sein;
Ermitteln eines repräsentativen Signals für die bei dem Laserstrahlempfänger ankommende Lichtmenge aus dem Messstrahl an der Stelle;
Bestimmen einer Abweichung eines Ist-Maßes von einem Sollmaß des Werkzeugs an dieser Stelle mittels des Signals; Das Sollmaß ergibt sich dabei aus der Sollkontur an dieser Stelle;
Wiederholen der Schritte: Einführen des Werkzeugs in den Messstrahl, Ermitteln eines repräsentativen Signals, und Bestimmen einer Abweichung eines Ist-Maßes von einem Sollmaß an einer Vielzahl Stellen entlang der Kontur des Werkzeugs.Here, a defined in claim 4 method for shape control of a recorded in a workpiece processing machine tool with at least one cutting edge or edge is proposed, comprising the steps:
Providing a measuring device, comprising a laser emitter and a laser beam receiver for non-contact scanning of a tool by means of a sent from the laser emitter to the laser beam receiver measuring beam; At least one representative signal is output from the laser beam receiver for a degree of shading of the measuring beam during the scanning of the tool by means of the measuring beam; This representative signal may have a continuous range of values with an upper limit and a lower limit;
Providing an evaluation device for receiving and processing the at least one signal in order to process this signal and to output an output signal. The output signal indicates that in the case of the laser beam receiver a quantity of light arrives from the measuring beam which exceeds or falls below a predetermined threshold value;
Inserting the tool into the measuring beam at a position along its (target) contour so that an at least one cutting edge or edge of the tool to be measured alters the measuring beam from the measuring beam by the amount of light arriving at the laser beam receiver; The desired contour can either be measured in a previous measurement cycle or be specified as an ideal measure;
Determining a representative signal for the amount of light arriving at the laser beam receiver from the measurement beam at the location;
Determining a deviation of an actual measure from a nominal size of the tool at that location by means of the signal; The nominal dimension results from the nominal contour at this point;
Repeating the steps of: inserting the tool into the measurement beam, determining a representative signal, and determining a deviation of an actual measure from a desired dimension at a plurality of locations along the contour of the tool.

Weitere Aspekte sind auch in den unabhängigen Vorrichtungsansprüchen 6 bzw. 10 definiert, betreffend eine Vorrichtung zum Vermessen eines in einer Werkstückbearbeitungsmaschine aufgenommenen Werkzeugs mit wenigstens einer Schneide oder Kante, und eine Vorrichtung zur Formkontrolle eines Werkzeugs eines in einer Werkstückbearbeitungsmaschine aufgenommenen Werkzeugs mit wenigstens einer Schneide oder Kante. Die jeweils abhängigen Ansprüche definieren Teilaspekte.Other aspects are also defined in the independent apparatus claims 6 and 10, respectively, relating to a device for measuring a tool received in a workpiece processing machine with at least one cutting edge or edge, and a device for controlling the shape of a tool of a tool received in a workpiece processing machine with at least one cutting edge or edge. The respective dependent claims define sub-aspects.

Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing

Weitere Einzelheiten, Merkmale, Vorteile und Wirkungen der vorliegend beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung derzeit bevorzugter Varianten sowie aus den Zeichnungen. Dabei zeigen:Further details, features, advantages and effects of the presently described methods and devices will become apparent from the following description of presently preferred variants and from the drawings. Showing:

1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Vermessen oder zur Formkontrolle eines in einer Werkstückbearbeitungsmaschine aufgenommenen Werkzeugs mit wenigstens einer Schneide oder Kante; 1 a schematic representation of an apparatus for measuring or for controlling the shape of a recorded in a workpiece processing machine tool with at least one cutting edge or edge;

1a–1d schematische Darstellungen von Signalverlaufsdiagrammen im Betrieb einer Variante der Vorrichtung; und 1a - 1d schematic representations of waveform diagrams in the operation of a variant of the device; and

2 eine schematische Darstellung eines Werkzeugs bei der Formkontrolle. 2 a schematic representation of a tool in the shape control.

Detaillierte Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing

In 1 ist schematisch eine Vorrichtung zum Vermessen eines in einer Werkstückbearbeitungsmaschine WSBM aufgenommenen Werkzeugs mit wenigstens einer Schneide oder Kante veranschaulicht. Diese Vorrichtung hat eine Messvorrichtung MV, die einen Laserstrahler LS und einen zu dem Laserstrahler LS präzise ausgerichteten Laserstrahlempfänger LE. Der Laserstrahler LS ist dazu eingerichtet, einen Messstrahl zu dem Laserstrahlempfänger LE zur berührungslosen Abtastung eines Werkzeugs WZG zu senden, wenn ein entsprechendes Ansteuersignal zur Steuerung der Laserleistung PLS an dem Laserstrahler LS anliegt. Der Laserstrahlempfänger LE ist dazu eingerichtet, ein für ein Maß einer Abschattung des Messstrahls MS bei der Abtastung des Werkzeugs WZG mittels des Messstrahls MS repräsentatives Signal S1 auszugeben. Dieses repräsentative Signal S1 hat einen durchgehenden Wertebereich WB mit einer oberen Grenze OG und einer unteren Grenze UG.In 1 schematically illustrates an apparatus for measuring a recorded in a workpiece processing machine WSBM tool with at least one edge or cutting illustrated. This device has a measuring device MV, the laser beam LS and a laser beam to the laser LS precisely aligned laser beam receiver LE. The laser emitter LS is adapted to send a measuring beam to the laser beam receiver LE for non-contact scanning of a tool WZG, when a corresponding drive signal for controlling the laser power PLS is applied to the laser emitter LS. The laser beam receiver LE is set up to output a signal S1 which is representative of the degree of shading of the measuring beam MS during the scanning of the tool WZG by means of the measuring beam MS. This representative signal S1 has a continuous value range WB with an upper limit OG and a lower limit UG.

Letzteres ist auch in dem Diagramm der 1a veranschaulicht, bei der an der Ordinate das repräsentative Signal S1, und an der Abszisse ein Maß für das Eintauchen der Kante K des Werkzeugs WZG in den Messstrahl MS (Eintauchtiefe ET) aufgetragen ist. Bei dem hier gezeigten Verlauf des repräsentativen Signals S1 über der Eintauchtiefe ET handelt es sich um einen Messstrahl MS mit kreisrundem Querschnitt.The latter is also in the diagram of 1a illustrated, in which the ordinate, the representative signal S1, and the abscissa a measure of the immersion of the edge K of the tool WZG in the measuring beam MS (immersion depth ET) is plotted. The course of the representative signal S1 shown here above the insertion depth ET is a measuring beam MS with a circular cross-section.

Eine Auswerteeinrichtung ECU der Vorrichtung ist zum Empfangen und Verarbeiten des repräsentativen Signals S1 eingerichtet. Die Auswerteeinrichtung ECU verarbeitet dieses repräsentative Signal S1 und gibt ein Ausgangssignal AS aus, das angibt, dass bei dem Laserstrahlempfänger LE eine Lichtmenge aus dem Messstrahl MS ankommt, die einen vorbestimmten Schwellenwert SW über- oder unterschreitet.An evaluation device ECU of the device is set up to receive and process the representative signal S1. The evaluation ECU processes this representative signal S1 and outputs an output signal AS, which indicates that in the laser beam receiver LE a quantity of light from the measuring beam MS arrives, which exceeds or falls below a predetermined threshold value SW.

Die Vorrichtung ist dazu eingerichtet, (zum Beispiel mittels der Werkzeugmaschine) das Werkzeug WZG zu rotieren und vorher/gleichzeitig oder danach in den Messstrahl MS einzuführen. Dabei wird das Werkzeug WZG so rotiert und vorher/gleichzeitig oder danach in den Messstrahl MS eingeführt, dass eine zu messende wenigstens eine Schneide oder Kante K des Werkzeugs WZG in den Messstrahl MS eintaucht und diesen wieder verlässt. Auf diese Weise wird die bei dem Laserstrahlempfänger LE ankommende Lichtmenge aus dem Messstrahl MS moduliert.The device is set up to rotate (for example by means of the machine tool) the tool WZG and to introduce it before / simultaneously or afterwards into the measuring beam MS. In this case, the tool WZG is rotated and introduced before / simultaneously or thereafter into the measuring beam MS that a measured at least one cutting edge or edge K of the tool WZG dips into the measuring beam MS and leaves it again. In this way, the amount of light arriving at the laser beam receiver LE is modulated from the measuring beam MS.

Damit liefert die Auswerteeinrichtung ECU der Vorrichtung nach dem Verarbeiten des repräsentativen Signals S1 ein Ausgangssignal AS. Dazu wird in dem veranschaulichten Beispiel der Auswerteeinrichtung ECU das repräsentative Signal S1 in einem Signalverstärker SV verstärkt und mit einem von einem Microcontroller mC bereitgestellten Schwellenwert SW verglichen. Außerdem ist der Signalverstärker SV in dieser Variante mit einer Schmitt-Triggerstufe am Ausgang ausgestattet, damit das Ausgangssignal AS eine steile Schaltflanke liefert. Überdies ist bei dem Signalverstärker SV in seinem Rückkopplungspfad ein Digitalpotentiometer DP angeordnet, das mit einer Stellgröße SG aus dem Microcontroller mC anzusteuern ist. So ist der Verstärkungsfaktor VF des Signalverstärkers SV gezielt durch ein die Stellgröße SG enthaltendes Ansteuersignal zu verändern, wobei die (Ausgangs-)Leistung PLS des Laserstrahlers LS während des Messvorgangs unverändert bleibt. Die Auswerteeinrichtung ECU ist dazu eingerichtet, das Maß der Stellgröße SG zu verändern um das repräsentative Signal S1 umzuformen. The evaluation device ECU thus supplies the device with an output signal AS after the processing of the representative signal S1. For this purpose, in the illustrated example of the evaluation device ECU, the representative signal S1 is amplified in a signal amplifier SV and compared with a threshold value SW provided by a microcontroller mC. In addition, the signal amplifier SV is equipped in this variant with a Schmitt trigger stage at the output, so that the output signal AS provides a steep switching edge. Moreover, a digital potentiometer DP, which is to be controlled with a manipulated variable SG from the microcontroller mC, is arranged in the signal amplifier SV in its feedback path. Thus, the amplification factor VF of the signal amplifier SV is deliberately to be changed by a control signal containing the manipulated variable SG, wherein the (output) power PLS of the laser emitter LS remains unchanged during the measuring process. The evaluation device ECU is set up to change the degree of the manipulated variable SG in order to reshape the representative signal S1.

Letzteres ist auch in den Diagrammen der 1b und 1c veranschaulicht, bei denen an der Ordinate jeweils ein möglicher Verlauf für die Stellgröße SG bzw. SG', und an der Abszisse die Zeit t aufgetragen ist. In der 1b wird als die Stellgröße SG der Verstärkungsfaktor VF des Signalverstärkers SV treppenartig schrittweise zu den Zeiten t1 ... t6 auf die Werte v1 ... v6 erhöht und das damit verstärkte repräsentative Signal S1 jeweils mit dem Schwellenwert SW verglichen. In der 1c wird als Stellgröße SG der Verstärkungsfaktor VF des Signalverstärkers SV mit wechselnder Schrittgröße, abhängig vom vorherigen Vergleichsergebnis des so verstärkten Signals S1 mit dem Schwellenwert SW, ansteigend oder abfallend verändert. Wenn im Beispiel des treppenartig schrittweise erhöhten Verstärkungsfaktors VF des Signalverstärkers SV dieser Verstärkungsfaktor VF soweit erhöht ist, dass das so verstärkte Signal S1 mit dem Schwellenwert SW übereinstimmt, wird das Ausgangssignal AS erzeugt. Letzteres ist in dem Diagramm der 1d veranschaulicht. Dort ist gezeigt, wie das mit dem Verstärkungsfaktor VF als Stellgröße SG um die die Werte v1 ... v6 verstärkte (und deshalb zunehmend steiler und mit größerer Maximalamplitude verlaufende) Signal S1 und der Schwellenwert SW übereinstimmen und zu diesem Moment das Ausgangssignal AS erzeugt wird.The latter is also in the diagrams of 1b and 1c illustrated, in which at the ordinate in each case a possible curve for the manipulated variable SG or SG ', and the abscissa time t is plotted. In the 1b As the manipulated variable SG, the amplification factor VF of the signal amplifier SV is stepwise increased incrementally at the times t1 ... t6 to the values v1... v6, and the representative signal S1 thus amplified is compared with the threshold value SW. In the 1c is the manipulated variable SG, the gain VF of the signal amplifier SV with changing step size, depending on the previous comparison result of the thus amplified signal S1 with the threshold SW, increasing or decreasing changed. If, in the example of the stepped stepwise increased amplification factor VF of the signal amplifier SV, this amplification factor VF is increased to such an extent that the thus amplified signal S1 coincides with the threshold value SW, the output signal AS is generated. The latter is in the diagram of 1d illustrated. There, it is shown how the signal with the amplification factor VF as a manipulated variable SG by the values v1 ... v6 amplified (and therefore increasingly steeper and with a larger maximum amplitude) and the threshold value SW match and at this moment the output signal AS is generated ,

In der 1b sind nur wenige Treppenstufen veranschaulicht. Es sei verstanden, dass die Anzahl und die Höhe der einzelnen Schritte, mit denen die Stellgröße SG verändert werden kann, die Genauigkeit beeinflusst, mit der das repräsentative Signal S1 mit dem Schwellenwert SW verglichen werden kann. Bei der hier vorgestellten Variante hat der Messstrahl MS einen Durchmesser von 500 μm und die Stellgröße SG kann in 1024 (2¹⁰) Schritten gleicher Größe verändert werden. So beträgt die Messgenauigkeit, mit der die Eintauchtiefe ET der Kante K des Werkzeugs in den Messstrahl MS erfasst werden kann, (bei entsprechend präzise vorgebbarem Schwellenwert SW und sonstigen Randbedingungen) etwa 0.5 μm.In the 1b only a few steps are illustrated. It should be understood that the number and magnitude of the individual steps with which the manipulated variable SG can be changed influences the accuracy with which the representative signal S1 can be compared with the threshold value SW. In the variant presented here, the measuring beam MS has a diameter of 500 μm and the manipulated variable SG can be changed in 1024 (2 ¹⁰ ) steps of the same size. Thus, the measuring accuracy with which the immersion depth ET of the edge K of the tool can be detected in the measuring beam MS (with a correspondingly precisely definable threshold SW and other boundary conditions) is about 0.5 μm.

Dabei erzeugt die Auswerteeinrichtung ECU das Ausgangsignal AS als Vergleichsergebnis des repräsentativen Signals S1 mit dem Schwellenwert SW. Durch das gezielte Verändern der Stellgröße SG in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis „S1 kleiner als SW”, „S1 größer als SW” ist die Stellgröße SG zusammen mit dem sich ändernden Ausgangsignal AS ein Maß für die Kante K des Werkzeugs WZG.The evaluation device ECU generates the output signal AS as a comparison result of the representative signal S1 with the threshold value SW. The controlled variable SG as a function of the comparison result "S1 less than SW", "S1 greater than SW", the manipulated variable SG together with the changing output signal AS is a measure of the edge K of the tool WZG.

Anstelle des Verstärkungsfaktors VF des Signalverstärkers SV können auch andere Größen in der Auswerteeinrichtung ECU und/oder der Messvorrichtung MV als Stellgröße(n) SG verändert werden, um entweder das repräsentative Signal S1 oder den mit dem repräsentativen Signal S1 zu vergleichenden Schwellenwert SW umzuformen. Dies ist nachfolgend erläutert.Instead of the amplification factor VF of the signal amplifier SV, other variables in the evaluation device ECU and / or the measuring device MV can also be changed as manipulated variable (s) SG in order to transform either the representative signal S1 or the threshold value SW to be compared with the representative signal S1. This is explained below.

Bei einer anderen Variante der Vorrichtung wird durch den MicroController mC in der Auswerteeinrichtung ECU nicht der Verstärkungsfaktor VF des Signalverstärkers SV gezielt verändert. Statt dessen wird der Schwellenwert SW, mit dem das repräsentative Signal S1 verglichen wird, planvoll variiert um das Ausgangssignal AS zu erhalten. Auch in diesem zweiten Beispiel wird das repräsentative Signal S1 in der der Auswerteeinrichtung ECU mit einem Signalverstärker SV verstärkt und mit einem von dem Microcontroller mC bereitgestellten Schwellenwert SW verglichen. Das bei dem Signalverstärker SV in seinem Rückkopplungspfad angeordnete Digitalpotentiometer DP wird hier von dem Microcontroller mC fest eingestellt. Das Digitalpotentiometer DP kann auch durch einen lediglich zur Kalibrierung der Vorrichtung trimmbaren Widerstand ersetzt sein. Anstelle des Verstärkungsfaktors VF wird als Stellgröße SG hier der Schwellenwert SW durch den Microcontroller mC variiert, wobei die (Ausgangs-)Leistung PLS des Laserstrahlers LS während des Messvorgangs unverändert bleibt. So ist der Schaltpunkt des Signalverstärkers SV, bei dem das Ausgangssignal AS umschaltet, gezielt durch ein die Stellgröße SG enthaltendes Ansteuersignal zu verändern. Die Auswerteeinrichtung ECU ist auch in dieser Variante dazu eingerichtet, das Maß dieser Stellgröße SG zu verändern um das repräsentative Signal S1 umzuformen.In another variant of the device, the amplification factor VF of the signal amplifier SV is not selectively changed by the microcontroller mC in the evaluation device ECU. Instead, the threshold SW, with which the representative signal S1 is compared, is deliberately varied to obtain the output signal AS. Also in this second example, the representative signal S1 is amplified in the evaluation device ECU with a signal amplifier SV and compared with a threshold value SW provided by the microcontroller mC. The digital potentiometer DP arranged in the signal amplifier SV in its feedback path is fixedly set by the microcontroller mC here. The digital potentiometer DP can also be replaced by a resistor which can only be trimmed for calibrating the device. Instead of the amplification factor VF, the threshold value SW is here varied as the manipulated variable SG by the microcontroller mC, the (output) power PLS of the laser emitter LS remaining unchanged during the measuring process. Thus, the switching point of the signal amplifier SV, in which the output signal AS switches, targeted by a manipulated variable SG containing control signal to change. The evaluation device ECU is also set up in this variant to change the extent of this manipulated variable SG to reshape the representative signal S1.

In dieser Variante wird als die Stellgröße SG der Schwellenwert SW des Signalverstärkers SV treppenartig schrittweise erhöht (oder abgesenkt) und das verstärkte repräsentative Signal S1 jeweils mit dem veränderten Schwellenwert SW verglichen. Auch in dieser Variante kann als Stellgröße SG der Schwellenwert SW des Signalverstärkers SV mit wechselnder Schrittgröße, abhängig vom vorherigen Vergleichsergebnis des so verstärkten Signals S1 mit dem Schwellenwert SW, ansteigend oder abfallend verändert werden. Wenn im Beispiel des treppenartig schrittweise erhöhten Schwellenwertes SW des Signalverstärkers SV dieser Schwellenwert SW soweit erhöht ist, dass das repräsentative Signal S1 mit dem Schwellenwert SW übereinstimmt, wird das Ausgangssignal AS erzeugt. Auch in dieser Variante hat der Messstrahl MS einen Durchmesser von 500 μm und der Schwellenwert SW kann in 1024 Schritten gleicher Größe verändert werden, so dass die Messgenauigkeit, mit der die Eintauchtiefe ET der Kante K des Werkzeugs in den Messstrahl MS erfasst werden kann, etwa 0.5 μm beträgt. In this variant, as the manipulated variable SG, the threshold value SW of the signal amplifier SV is steppedly increased (or lowered) in steps, and the amplified representative signal S1 is compared with the changed threshold value SW. In this variant too, the threshold value SW of the signal amplifier SV with changing step size, depending on the previous comparison result of the thus amplified signal S1 with the threshold value SW, can be changed in an increasing or decreasing manner as a manipulated variable SG. If, in the example of the stepped stepwise increased threshold value SW of the signal amplifier SV, this threshold value SW is increased to such an extent that the representative signal S1 coincides with the threshold value SW, the output signal AS is generated. In this variant, the measuring beam MS has a diameter of 500 microns and the threshold SW can be changed in 1024 steps of the same size, so that the accuracy of measurement, with the immersion depth ET of the edge K of the tool can be detected in the measuring beam MS, about 0.5 μm.

In analoger Weise wird bei einer hier nicht weiter im Detail erläuterten Variante der Vorrichtung bei unverändertem Schwellenwert SW (und Verstärkungsfaktor VF) des Signalverstärkers SV als Stellgröße SG eine Leistung PLS des Laserstrahlers LS durch den Microcontroller mC variiert. In einer weiteren Variante werden durch eine elektronisch ansteuerbare Blende wahlweise die Querabmessungen LSSD des Messstrahls MS im Bereich des Laserstrahlers LS, oder die Querabmessungen LESD des Messstrahls MS im Bereich des Laserstrahlempfängers LE durch entsprechende Ansteuersignale aus dem Microcontroller mC verändert.In an analogous manner, in the case of a variant of the device which is not described here in detail, a power PLS of the laser emitter LS is varied by the microcontroller mC, with the threshold SW (and amplification factor VF) of the signal amplifier SV unchanged as the manipulated variable SG. In a further variant, the transverse dimensions LSSD of the measuring beam MS in the region of the laser emitter LS, or the transverse dimensions LESD of the measuring beam MS in the region of the laser beam receiver LE are changed by appropriate control signals from the microcontroller mC by an electronically controllable diaphragm.

2 veranschaulicht, wie eine Formkontrolle eines Werkzeugs WZG eines in einer Werkstückbearbeitungsmaschine WSBM aufgenommenen Werkzeugs WZG mit wenigstens einer Schneide oder Kante K von statten geht. 2 1 illustrates how a shape check of a tool WZG of a tool WZG accommodated in a workpiece processing machine WSBM is performed with at least one cutting edge or edge K.

Eine Messvorrichtung MV der vorstehend beschriebenen Art sendet mit dem Laserstrahler LS zu dem Laserstrahlempfänger LE einen Messstrahl MS. Das Werkzeug WZG wird der Achsentriebe der Werkstückbearbeitungsmaschine WSBM so in den Messstrahl MS mittels hinein gebracht, dass (bei stehendem oder sich drehendem Werkzeug WZG) der Laserstrahlempfänger LE einen zwischen 0% und 100% abgeschatteten Messstrahl MS empfängt. Der Laserstrahlempfänger LE gibt dementsprechend ein repräsentatives Signal S1 aus, das einen durchgehenden Wertebereich WB mit einer oberen Grenze OG und einer unteren Grenze UG hat. Dieses repräsentative Signal S1 wird in der Auswerteeinrichtung ECU verarbeitet und ein Ausgangssignal AS ausgegeben, das angibt, dass bei dem Laserstrahlempfänger LE eine Lichtmenge aus dem Messstrahl MS ankommt, die einen vorbestimmten Schwellenwert SW über- oder unterschreitet.A measuring device MV of the type described above sends with the laser emitter LS to the laser beam receiver LE a measuring beam MS. The tool WZG is brought into the measuring beam MS by means of the axle drive of the workpiece processing machine WSBM such that (with the tool WZG stationary or rotating) the laser beam receiver LE receives a measuring beam MS which is shaded between 0% and 100%. Accordingly, the laser beam receiver LE outputs a representative signal S1 which has a continuous value range WB with an upper limit OG and a lower limit UG. This representative signal S1 is processed in the evaluation ECU and an output signal AS is output, which indicates that in the laser beam receiver LE a quantity of light from the measuring beam MS arrives, which exceeds or falls below a predetermined threshold SW.

Das Werkzeug WZG wird an einer Stelle P1 ... Pn entlang seiner Soll-Kontur so in den Messstrahl MS eingeführt, dass eine zu messende Kante K des Werkzeugs WZG die bei dem Laserstrahlempfänger LE ankommende Lichtmenge aus dem Messstrahl MS verändert.The tool WZG is introduced into the measuring beam MS at a location P1... Pn along its desired contour so that an edge K of the tool WZG to be measured changes the amount of light arriving at the laser beam receiver LE from the measuring beam MS.

Die Auswerteeinrichtung ECU, genauer gesagt deren Microcontroller mC, ist dazu eingerichtet und programmiert, ein repräsentatives Signal S1 für die bei dem Laserstrahlempfänger LE ankommende Lichtmenge aus dem Messstrahl MS an der Stelle P1 ... Pn der Soll-Kontur der Kante K des Werkzeugs WZG zu ermitteln. Aus dem Maß der Abschattung des Messstrahls MS an der Stelle P1 ... Pn der Soll-Kontur bestimmt die Auswerteeinrichtung ECU eine Abweichung D eines Ist-Maßes IM von einem Sollmaß SM der Soll-Kontur des Werkzeugs WZG an der Stelle P1 ... Pn. In einer Variante wird die Soll-Kontur der Kante K des Werkzeugs WZG dadurch beschrieben, dass zueinander benachbarte Stellen mit einem Abstand eines Durchmessers des Messstrahls MS entlang der Soll-Kontur der Kante K des Werkzeugs WZG so aufgenommen werden, dass der Messstrahl zu 50% abgeschattet ist. Zur Formkontrolle wird in der vorliegend erläuterten Variante für die jeweilige Stelle P1 ... Pn der Soll-Kontur aus einer bei einer (weiter unten beschriebenen) Erst-Vermessung des Werkzeugs WZG erstellten Tabelle ein Soll-Maß SM1 ... SMn für die Abschattung an dieser Stelle ausgelesen und von dem wie vorstehend beschrieben erhaltenen Ist-Maß IM1 IMn abgezogen. Wenn eine bestimmte Toleranz überschritten ist, liegt ein Konturfehler vor. Ein Schneidenbruch, wie er in 2a den Stellen P7 und Pn – 1 gezeigt ist, führt zu einer sehr geringen Abschattung von zum Beispiel 5%–20% an diesen Stellen. Dieser Unterschied zur Abschattung bei der Soll-Kontur ist leicht in der oben beschriebenen Weise zu ermitteln. Diese Vorgehensweise wird für alle in der Tabelle abgelegten Stellen entlang der Soll-Kontur des Werkzeugs WZG wiederholt. Werkzeug-Kontur Soll-Abschattung Ist- Abschattung Abweichung P1 ... Pn SM1 ... SMn IM1 ... IMn D P1 50% 48% 2% P2 50% 51% 1% P3 50% 45% 5% P4 50% 47% 3% P5 50% 48% 2% P6 50% 48% 2% P7 50% 13% 37% BRUCH Pn – 1 50% 17% 33% BRUCH Pn 50% 45% 5% The evaluation ECU, more precisely its microcontroller mC, is set up and programmed to display a representative signal S1 for the amount of light arriving at the laser beam receiver LE from the measuring beam MS at the position P1... Pn of the target contour of the edge K of the tool WZG to investigate. From the degree of shading of the measuring beam MS at the point P1... Pn of the set contour, the evaluation device ECU determines a deviation D of an actual dimension IM from a nominal dimension SM of the setpoint contour of the tool WZG at the point P1. Pn. In one variant, the desired contour of the edge K of the tool WZG is described by the fact that adjacent points with a distance of a diameter of the measuring beam MS along the desired contour of the edge K of the tool WZG be recorded so that the measuring beam to 50% is shadowed. For shape control is in the presently explained variant for the respective point P1 ... Pn of the target contour from a created at a (described below) initial measurement of the tool WZG table a target dimension SM1 ... SMn for shading is read out at this point and subtracted from the actual quantity IM1 IMn obtained as described above. If a certain tolerance is exceeded, there is a contour error. A cutting edge, as in 2a At points P7 and Pn-1, very little shading of, for example, 5% -20% at these sites results. This difference to the shading in the desired contour is easy to determine in the manner described above. This procedure is repeated for all positions stored in the table along the nominal contour of the tool WZG. Tool contour Target shadowing Actual shading deviation P1 ... Pn SM1 ... SMn IM1 ... IMn D P1 50% 48% 2% P2 50% 51% 1% P3 50% 45% 5% P4 50% 47% 3% P5 50% 48% 2% P6 50% 48% 2% P7 50% 13% 37% BREAK Pn - 1 50% 17% 33% BREAK pn 50% 45% 5%

Liegt das Ergebnis außerhalb der Toleranz kann die Werkzeugkante an dieser Stelle neu in der oben beschriebenen Weise vermessen werden. Falls die Abweichung innerhalb des Wertebereichs des Messstrahls liegt, kann die Abweichung der NC-Steuerung der Werkzeugmaschine für den weiteren Betrieb direkt übermittelt werden. Die Werkzeugdaten werden dann entsprechend korrigiert. Für nachfolgende Messungen wird dann auf die so korrigierte neue Position Bezug genommen. Liegt die Abweichung innerhalb des Wertebereichs des Messstrahls, kann die interne Schaltschwelle des Messsystems um den der Abweichung entsprechenden Wert verändert werden. Die kurzzeitige Veränderung der Schaltschwelle dient (wenn keine Schnittstelle zur Datenübertragung vorhanden ist) zur Führung der der Werkzeugmaschine auf die der aktuellen Werkzeugkante entsprechende Position. Fährt die Maschine dann bis zum Erreichen des Triggersignals, dann entspricht die Differenz zwischen alter und neuer Achs-Position der Veränderung der Werkzeugkante. Die Schaltschwelle kann nach Erreichen der Achsposition wieder auf den alten Wert zurückgestellt.If the result is outside the tolerance, the tool edge can be newly measured at this point in the manner described above. If the deviation is within the value range of the measuring beam, the deviation of the NC control of the machine tool can be transmitted directly for further operation. The tool data are then corrected accordingly. For subsequent measurements, reference is then made to the thus corrected new position. If the deviation lies within the value range of the measuring beam, the internal switching threshold of the measuring system can be changed by the value corresponding to the deviation. The short-term change of the switching threshold is used (if there is no interface for data transmission) for guiding the machine tool to the position corresponding to the current tool edge. If the machine then moves until the trigger signal is reached, then the difference between the old and the new axis position corresponds to the change in the edge of the tool. The switching threshold can be reset to the old value after reaching the axis position.

Zur Erst-Vermessung eines Werkzeugs wird dieses an den Messstrahl herangeführt und das Ausgangssignal generiert, um aus den Koordinaten der Werkzeugmaschine die Daten zur vorläufigen Berechnung des Werkzeugs abzuleiten. Die oben beschriebene Vorgehensweise ersetzt nun bisher notwendige weitere zeitaufwendige Messungen. Dabei bleibt das Werkzeug an der Stelle, an der das Ausgangssignal erzeugt wurde stehen. Durch Ausnutzen des durchgehenden Wertebereichs des Messstrahls werden nun ohne weitere mechanische Bewegungen ein oder mehrere Messwerte zur Bestätigung oder Verbesserung der Genauigkeit aufgenommen. Dabei ist der Zeit- und Genauigkeitsvorteil größer, je mehr Wiederholzyklen gewünscht sind.For the first measurement of a tool, it is brought to the measuring beam and the output signal is generated in order to derive the data for the preliminary calculation of the tool from the coordinates of the machine tool. The procedure described above now replaces previously necessary time-consuming measurements. The tool remains at the point where the output signal was generated. By exploiting the continuous value range of the measuring beam, one or more measured values are now recorded without further mechanical movements in order to confirm or improve the accuracy. The time and accuracy advantage is greater, the more repetitive cycles are desired.

Im Betrieb einer Werkzeugmaschine ergibt sich mit dieser Vorgehensweise eine signifikante Zeitersparnis bei der Formkontrolle eines Werkzeugs.During operation of a machine tool, this procedure results in a significant time saving in the shape control of a tool.

Die vorangehend beschriebenen Varianten der Verfahren oder der Vorrichtungen sowie deren Funktions- und Betriebsaspekte dienen lediglich dem besseren Verständnis der Struktur, der Funktionsweise und der Eigenschaften; sie schränken die Offenbarung nicht etwa auf die Ausführungsbeispiele ein. Die Fig. sind teilweise schematisch, wobei wesentliche Eigenschaften und Effekte zum Teil deutlich vergrößert dargestellt sind, um die Funktionen, Wirkprinzipien, technischen Ausgestaltungen und Merkmale zu verdeutlichen. Dabei kann jede Funktionsweise, jedes Prinzip, jede technische Ausgestaltung und jedes Merkmal, welches/welche in den Fig. oder im Text offenbart ist/sind, mit allen Ansprüchen, jedem Merkmal im Text und in den anderen Fig., anderen Funktionsweisen, Prinzipien, technischen Ausgestaltungen und Merkmalen, die in dieser Offenbarung enthalten sind oder sich daraus ergeben, frei und beliebig kombiniert werden, so dass alle denkbaren Kombinationen den beschriebenen Verfahren bzw. Vorrichtungen zuzuordnen sind. Dabei sind auch Kombinationen zwischen allen einzelnen Ausführungen im Text, das heißt in jedem Abschnitt der Beschreibung, in den Ansprüchen und auch Kombinationen zwischen verschiedenen Varianten im Text, in den Ansprüchen und in den Fig. umfasst. Für die hier aufgeführten Wertebereiche gilt, dass auch sämtliche numerischen Zwischenwerte offenbart sind.The above-described variants of the methods or the devices and their functional and operational aspects serve merely to better understand the structure, the mode of operation and the properties; they do not restrict the revelation to the exemplary embodiments. The figures are partially schematic, wherein essential properties and effects are shown partially enlarged significantly to illustrate the functions, principles of operation, technical features and features. In this case, every mode of operation, every principle, every technical embodiment and every feature which is / are disclosed in the figures or in the text, with all claims, every feature in the text and in the other figures, other modes of operation, principles, technical configurations and features contained in or arising from this disclosure are freely and arbitrarily combined, so that all conceivable combinations are assigned to the described methods or devices. In this case, combinations between all individual versions in the text, that is to say in every section of the description, in the claims and also combinations between different variants in the text, in the claims and in the figures. For the value ranges listed here, all numerical intermediate values are also disclosed.

Auch die Ansprüche limitieren nicht die Offenbarung und damit die Kombinationsmöglichkeiten aller aufgezeigten Merkmale untereinander. Alle offenbarten Merkmale sind explizit auch einzeln und in Kombination mit allen anderen Merkmalen hier offenbart.Also, the claims do not limit the disclosure and thus the combination options of all identified features with each other. All disclosed features are also explicitly disclosed individually and in combination with all other features herein.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10140822 A1 [0003]
DE 4238504 A1 [0007]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

"Measurement of rotating tools in HSC milling machines" by K. Rall et al. in ZWF 93, years 1998, No. 4, pages 127 to 130 [0006]

Claims

Method for measuring a tool (WZG) received in a workpiece processing machine (WSBM) with at least one cutting edge or edge, with the steps: (a) providing a measuring device (MV) comprising a laser emitter (LS) and a laser beam receiver (LE) for contactless scanning of a tool (WZG) by means of a measuring beam (MS) sent from the laser emitter (LS) to the laser beam receiver (LE), in order to output from the laser beam receiver (LE) for a measure of shading of the measuring beam (MS) during the scanning of the tool (WZG) by means of the measuring beam (MS) at least one representative signal (S1) having a continuous value range (WB) with an upper value Border (OG) and a lower border (UG), (b) providing an evaluation device (ECU) for receiving and processing the at least one signal (S1) in order to process this signal (S1) and to output an output signal (AS) indicating that a quantity of light is emitted at the laser beam receiver (LE) the measuring beam (MS) arrives, which exceeds or falls below a predetermined threshold value (SW), (c) inserting the tool (WZG) into the measuring beam (MS) so that an at least one cutting edge or edge (K) of the tool (WZG) to be measured while it is rotating enters and leaves the measuring beam (MS), and thereby modulating the amount of light arriving at the laser beam receiver (LE) from the measuring beam (MS), (D) rotating the tool (WZG) in the measuring beam (MS) so that the measured at least one cutting edge or edge (K) of the tool (WZG) modulates the arriving at the laser beam receiver (LE) amount of light from the measuring beam (MS) . (e) generating the output signal (AS) representing a result of comparing the at least one signal (S1) with the threshold value (SW), and (f) changing the amount of a manipulated variable (SG) in the evaluation device (ECU) and / or the measuring device (MV) in order to transform the signal (S1) or the threshold value (SW), (g) repeating steps (d) to (f), and (h) evaluating the measure of the manipulated variable (SG) at which the output signal (AS) assumes a characteristic size.

The method of claim 1, wherein • with unchanged threshold value (SW) as manipulated variable (SG), a power (PLS) of the laser emitter (LS), or • If the threshold value (SW) is unchanged, a gain (VF) of a signal amplifier (SV) of the representative signal (S1) is changed as a manipulated variable (SG), or at the same power (PLS) of the laser emitter (LS) as manipulated variable (SG) • the threshold (SW), or • the transverse dimensions (LSSD) of the measuring beam (MS) in the area of the laser emitter (LS), or the transverse dimensions (LESD) of the measuring beam (MS) in the area of the laser beam receiver (LE) to be changed.

Method according to Claim 1 or 2, in which the manipulated variable (SG) remains unchanged for at least the duration of one revolution of the tool (WZG).

Method according to one of claims 1 to 3, wherein the manipulated variable (SG) is changed stepwise.

Method for controlling the shape of a tool (WZG) of a tool (WZG) received in a workpiece processing machine (WSBM) with at least one cutting edge or edge, comprising the steps of: a. Providing a measuring device (MV) comprising a laser emitter (LS) and a laser beam receiver (LE) for non-contact scanning of a tool (WZG) by means of a measuring beam (MS) sent from the laser emitter (LS) to the laser beam receiver (LE) in order to move out of Laser beam receiver (LE) for a measure of shading of the measuring beam (MS) during scanning of the tool (WZG) by means of the measuring beam (MS) at least one representative signal (S1) having a continuous range of values (WB) with an upper limit (OG ) and a lower limit (UG), b. Providing an evaluation device (ECU) for receiving and processing the at least one signal (S1) in order to process this signal (S1) and to output an output signal (AS) indicating that in the case of the laser beam receiver (LE) a quantity of light is emitted from the measuring beam (S1) MS) that exceeds or falls below a predetermined threshold (SW), c. Inserting the tool (WZG) in the measuring beam (MS) at a point (P1 ... Pn) along its desired contour so that to be measured at least one cutting edge or edge (K) of the tool (WZG), in the Laser beam receiver (LE) changes incoming light quantity from the measuring beam (MS), d. Determining a signal (S1) for the amount of light arriving at the laser beam receiver (LE) from the measuring beam (MS) at the location (P1 ... Pn), e. Determining a deviation (D) of an actual dimension (IM) from a nominal dimension (SM) of the nominal contour of the tool (WZG) at the location (P1 ... Pn) by means of the signal (S1), and f. Repeating steps (c) - (e) at a plurality of locations (P1 ... Pn) along the desired contour of the tool (TM).

The method of claim 5, wherein the tool (WZG) is rotated at a predetermined speed, or stands still.

Device for measuring a tool received in a workpiece processing machine with at least one cutting edge or edge, comprising: - A measuring device (MV), comprising a laser emitter (LS) and a laser beam receiver (LE) for non-contact scanning of a tool (WZG) by means of a of the laser emitter (LS) to the laser beam receiver (LE) sent measuring beam (MS) to the Laser beam receiver (LE) for a measure of shading of the measuring beam (MS) during scanning of the tool (WZG) by means of the measuring beam (MS) at least one representative signal (S1) having a continuous range of values (WB) with an upper limit (OG ) and a lower limit (UG), An evaluation device (ECU) for receiving and processing the at least one signal (S1) in order to process this signal (S1) and output an output signal (AS) indicating that in the laser beam receiver (LE) a quantity of light from the measuring beam ( MS) that exceeds or falls below a predetermined threshold (SW), wherein - The device is adapted to rotate the tool (WZG), so that an inserted into the measuring beam (MS), to be measured at least one cutting edge or edge (K) of the tool (WZG) dips into the measuring beam (MS) and leaves again , and thereby modulates the incoming at the laser beam receiver (LE) amount of light from the measuring beam (MS), and wherein - The tool (WZG) in the measuring beam (MS) rotates so that the measured at least one cutting edge or edge (K) of the tool (WZG) modulates the arriving at the laser beam receiver (LE) amount of light from the measuring beam (MS) to generating an output signal (AS) representing a result of comparing the at least one signal (S1) with the threshold value (SW), and - The evaluation device (ECU) is adapted to change the level of a manipulated variable (SG) in the evaluation device (ECU) and / or the measuring device (MV) in order to transform the signal (S1) or the threshold value (SW).

Device according to claim 7, which is set up and programmed to use a power (PLS) of the laser emitter (LS) as manipulated variable (SG) with the same threshold value (SW) or a gain factor (VF) of a signal amplifier (SV) of the representative signal (S1 ) or with unchanged power (PLS) of the laser emitter (LS) the threshold value (SW), or the transverse dimensions (LSSD) of the measuring beam (MS) in the region of the laser emitter (LS), or the transverse dimensions (LESD) of the measuring beam ( MS) in the area of the laser beam receiver (LE).

Apparatus according to claim 7 or 8, which is adapted and programmed to leave the manipulated variable (SG) unchanged for at least the duration of one revolution of the tool (WZG).

Apparatus as claimed in claim 7, 8 or 9, arranged and programmed to incrementally vary the manipulated variable (SG).

Device for controlling the shape of a tool (WZG) of a tool (WZG) accommodated in a workpiece processing machine (WSBM) with at least one cutting edge or edge, comprising: a. a measuring device (MV), comprising a laser emitter (LS) and a laser beam receiver (LE) for non-contact scanning of a tool (WZG) by means of a from the laser emitter (LS) to the laser beam receiver (LE) sent measuring beam (MS) to the laser beam receiver (LE) for a measure of shading of the measuring beam (MS) during scanning of the tool (WZG) by means of the measuring beam (MS) to output at least one representative signal (S1) having a continuous value range (WB) with an upper limit (OG) and a lower limit (UG), b. an evaluation device (ECU) for receiving and processing the at least one signal (S1) to process this signal (S1) and to output an output signal (AS) indicating that in the laser beam receiver (LE) a quantity of light from the measuring beam (MS ) that exceeds or falls below a predetermined threshold (SW), the device being adapted to c. the tool (WZG) at one point (P1 ... Pn) along its desired contour so in the measuring beam (MS) introduce that to be measured at least one cutting edge or edge (K) of the tool (WZG), in the Laser beam receiver (LE) incoming amount of light from the measuring beam (MS) changed, and wherein d. the evaluation device (ECU) is set up and programmed i. to determine a signal (S1) for the amount of light arriving at the laser beam receiver (LE) from the measuring beam (MS) at the point (P1 ... Pn), ii. to determine a deviation (D) of an actual dimension (IM) from a nominal dimension (SM) of the nominal contour of the tool (WZG) at the location (P1 ... Pn) by means of the signal (S1), and iii. repeat steps (c) - (d) at a plurality of locations (P1 ... Pn) along the desired contour of the tool (TM).

Apparatus according to claim 11, arranged to rotate or stop the tool (WZG) at a predetermined speed