CN114616070A - 用于在加工结构相同的工件期间识别不良品的方法以及相关联的数控式工件加工装置 - Google Patents

用于在加工结构相同的工件期间识别不良品的方法以及相关联的数控式工件加工装置 Download PDF

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Abstract

在用于在通过数控式工件加工装置(10)加工结构相同的工件(14)期间来检测不良品的方法的情况下，该方法包括以下步骤：a)通过预给定给工件加工装置(10)的工具(12)的目标工具轨迹(34)来加工工件(14)，以及b)将工具(12)与工件(14)的工作距离(22)调节到限定的目标距离，从而使得在加工工件(14)期间，工具(12)沿着目标工具轨迹(34)在经距离调节的实际工具轨迹(36)上运动，根据本发明，检查经距离调节的实际工具轨迹(36)与适用于此工件(14)的目标工具轨迹(34)在加工的工件(14)的选定的轮廓区段(40)上的偏差是否小于预给定公差值，这些选定的轮廓区段尤其不含跟踪误差。如果小于，就继续加工下一个工件(14)，或者如果不小于，就输出加工的工件(14)已被识别为不良品的通知。

Description

用于在加工结构相同的工件期间识别不良品的方法以及相关 联的数控式工件加工装置
技术领域
本发明涉及一种用于在通过数控式工件加工装置加工结构相同的工件期间识别不良品的方法，该方法包括以下步骤：
a)预给定用于工件加工装置的工具的目标工具轨迹并据此来加工工件，并且
b)将工具与工件的工作距离调节到限定的目标距离，从而使得在加工工件期间，工具沿着目标工具轨迹在经距离调节的实际工具轨迹上运动。
背景技术
这种方法和适用于执行这种方法的工件加工装置例如由DE 10 2011 006 447 A1已知。
在这样的工件加工装置的情况下，通过数控机床控制器来控制用于加工工件的工具相对于工件的定位和运动。在加工工件期间，工具相对于工件沿着工具轨迹运动，该工具轨迹通常基于与工件的目标几何形状有关的CAD数据(CAD/CAM)建立。工具轨迹由描述轨迹的NC(数控)数据进行编码，这些数据存储在机床控制器中并且在加工工件期间通过NC程序进行处理。
然而，工件在实际中常常与CAD目标几何形状存在几何偏差。因此，特别地，通过成型工艺获得的工件、例如深拉件有时甚至不准确度相对较大，因此难以沿着在控制器上固定预给定的目标工具轨迹加工工件。
在通过激光加工装置对工件进行加工的示例性的情况下，由于技术工艺相关的原因，激光加工头必须始终与工件保持例如1mm的恒定工作距离。然而由于工件的不准确度通常为多倍，所以通常在激光加工头中集成用于测量激光加工头与待加工工件的相应工作距离的距离测量装置。然后在控制侧上基于所确定的距离值将工作距离调节到预给定目标距离。这种调节回路与在激光加工头沿着由NC机床控制器预给定的目标工具轨迹的运动控制叠加并且被称为距离调节。
调节的实际值在实践中通常有与待通过调节消除的调整量相对应的偏差。调节参数通常相对较小，使得相对较大的工件不准确度可能对加工过程产生不利影响。如果工件不准确度超过一定量，则距离调节无法充分校正差异，这可能导致工具与加工工件碰撞或导致过程异常终止。在这种情况下，在控制侧上预给定的目标工具轨迹(即NC程序)通常必须手动重新校正。该过程位于机器的主时间内并且因此成本很高。
在开头引用的文件DE 10 2011 006 447 A1中披露了一种用于加工结构相同的工件的方法，其中利用为工件加工装置的工具预给定的优化的目标工具轨迹对工件进行加工。在此，用于待加工工件的优化的目标工具轨迹对应于在加工各先前加工的工件期间工具的对应的经距离调节的实际工具轨迹。基于经距离调节的实际工具轨迹来评估工件质量。
在3D部件的批量生产中，可能出现部件几何形状偏差。在装载到工件加工装置的过程期间出现附加的偏差。因此，由于带有距离控制的加工过程而可能出现轮廓误差。通过当前测量方法，只能通过高成本地监测所有部件来识别这种误差。如果有缺陷的部件进入到下游生产，这会产生高成本。
发明内容
在此背景下，本发明的目的是在开头提及的类型的方法中尽可能早地将有缺陷工件识别为不良品，并且尤其是还提供优化的目标工具轨迹，该优化的目标工具轨迹更准确地适配于仍待加工的结构相同的工件的表面走向。本发明的目的还在于提供一种用于执行该方法的工件加工装置。
根据本发明，在开头提及的方法的情况下，该目的通过以下来实现：检查经距离调节的实际工具轨迹与适用于此工件的目标工具轨迹在加工的工件的选定的轮廓区段上的偏差是否小于预给定公差值，这些选定的轮廓区段优选地不含跟踪误差(Schleppfehler)，并且如果小于，就继续加工下一工件，或者如果不小于，就输出加工的工件已被识别为不良品的通知。
根据本发明，基于经距离调节的实际工具轨迹与适用于此工件的目标工具轨迹的轨迹偏差来确定经加工的工件的工件质量，并且如果没有达到预给定的最低质量，工件就被识别为不良品并且可以进行限定的缺陷处理、例如进行测量技术检查、再加工或报废。在此，尤其根据加工期间存储的数据来计算加工的工件的经距离调节的实际工具轨迹，并且在此识别工件表面的由于其轮廓走向而适用于评估工件质量的轮廓区段。如果所确定的偏差在客户预给定的公差之外，就输出相应的指示。特别地，在根据本发明的加工方法过程中可以自动确定适合的轮廓区段。
特别优选地，在不含跟踪误差的轮廓区段、也就是说在例如平坦的、特别是直的、圆形或圆弧形的轮廓区段上检查偏差。跟踪误差尤其出现在工件边缘并且导致经距离调节的实际工具轨迹变圆。为了在加工的工件的含跟踪误差的轮廓区段通过计算来将跟踪误差从经距离调节的实际工具轨迹与适用于此工件的目标工具轨迹的偏差消除，也可以有利地在步骤c)内附加地考虑所测量的、工具与工件的工作距离。如果例如所测量的工作距离在一轮廓区段上跳变，即使经距离调节的实际工具轨迹没有改变，也存在跟踪误差。在这样的轮廓区段上，在确定与目标工具轨迹的偏差之前，必须首先通过测量的工作距离来校正经距离调节的实际工具轨迹。
尤其优选地，基于多个先前加工的工件的经距离调节的实际工具轨迹来确定待加工的下一个工件的优化的目标工具轨迹，然后预给定该优化的目标工具轨迹并且以此来加工该下一个工件。加工的工件越多，用于确定优化的目标工具轨迹的经距离调节的实际工具轨迹就越多，并且优化的目标工具轨迹可以更好地适配于仍待加工的结构相同的工件的表面轮廓。尤其根据先前加工的结构相同的工件自适应地计算优化的目标工具轨迹。基于实际加工过的工件来确定优化的目标工具轨迹。该方法不依赖于其他目标预给定量：尤其是不需要CAD预给定量。可以在加工期间监测工件位置并且执行与优化的目标工具轨迹的比较。在工件改变时不需要重新设置加工方法。根据本发明的加工方法非常适用于自动化，并且通过该加工方法避免了工件污染或失调。在该加工方法的范畴中执行的测量(尤其是用于调节工作距离)可以稳定进行。在此，工作距离尤其是在垂直于加工的工件的表面的方向上确定的。可在进行工件配属的情况下记录所执行的步骤。
优选地，已被识别为不良品的、经加工的工件的经距离调节的实际工具轨迹不用于确定后续的工件的优化的目标工具轨迹。如果在当前加工的工件的情况下测量到的轨迹偏差在公差范围内，在考虑当前加工的工件的经距离调节的实际工具轨迹的情况下对现有优化的目标工具轨迹执行加权更新。尤其通过经距离调节的实际工具轨迹的点与相关联的优化的目标工具轨迹的点之间的距离来确定轨迹偏差，这些工具轨迹在与加工的工件的表面垂直的方向上分别成对。
同样优选地，下一个工件的优化的目标工具轨迹是基于所有未被识别为不良品的、先前加工的工件的经距离调节的实际工具轨迹确定的。
优选地，优化的目标工具轨迹是通过对多个先前加工的工件的经距离调节的实际工具轨迹求平均、尤其是加权平均来确定。通过求平均，允许以简单的方式从经距离调节的实际工具轨迹中确定优化的目标工具轨迹。在一些设计方案中，求平均是关于经距离调节的实际工具轨迹的沿着经距离调节的实际工具轨迹相互间隔预给定的距离的多个点执行的。替代地或附加地，求平均是关于工具在加工工件期间在经距离调节的实际工具轨迹上分别在预给定时间间隔后占据的多个位置或点执行的。在其他设计方案中，求平均是关于一个或多个先前加工的工件的优化的目标工具轨迹执行的。
优选地，在加工工件期间、特别是与主时间并行检测工具沿着/围绕其运动轴线的轴线位置，并且基于所记录的轴线位置来确定相应的经距离调节的实际工具轨迹。在加工工件期间，优选地激光加工期间，尤其连续地测量允许重构经距离调节的实际工具轨迹的信号。在数控式工件加工装置的情况下，轴线位置是调节参数并且在控制侧本来就存在或可容易地通过工件加工装置的现有传感器检测。
本发明还涉及一种工件加工装置，该工件加工装置具有：工具、用于测量该工具与工件的相应工作距离的距离测量装置；和，在加工工件期间使该工具沿着经距离调节的实际工具轨迹运动的机床控制器，并且该机床控制器被编程以执行上述方法。通过这样的工件加工装置，可以以自适应的方式加工工件而无需预给定其他目标预给定量。
本发明主题的其他优点和有利设计方案可以从说明书、附图和权利要求中得出。类似地，上文提及的特征和仍将进一步呈现的特征可以在各自单独使用或在多个特征的情况下以任何组合一起使用。所示出和描述的实施例不应被理解为穷举，而是具有用于概述本发明的示例性特性。
附图说明
在附图中：
图1示出了根据本发明的工件加工装置的侧视图，其具有在工件加工期间由数控装置控制的工具；以及
图2示出了根据本发明方法的实施例的流程图。
具体实施方式
图1示出了构造为激光加工装置的工件加工装置10的侧视图，其具有(激光)工具12。为了加工工件14，工具12可通过多个伺服驱动器16相对于工件14沿着/围绕多条运动轴线18运动。工具12的轴线位置用19表示。布置在工具12上的光学式或电容式距离测量装置20用于测量工具12与工件14的相应工作距离22。
数控的机床控制器24包括计算机26、连接至计算机26的输入单元28、以及显示器30。计算机26通过控制线32连接到工具12的伺服驱动器16和距离测量装置20并且用于控制工具12的沿着由机床控制器24预给定的目标工具轨迹34的运动并且还用于将工具12的工作距离22调节到存储在机床控制器24中的目标距离。
在图1中，目标工具轨迹34由点线表示，该目标工具轨迹由机床控制器24预给定，并且，在工件14加工期间，工具12沿着该目标工具轨迹进行调整。工具12在工件14的加工期间基于距离调节而在实际工具轨迹36上运动，实际工具轨迹36由虚线表示。工具12的经距离调节调节的实际工具轨迹36在当前情况下与目标工具轨迹34存在轨迹偏差，该轨迹偏差用箭头38表示。可以根据工具12的经距离调节的实际工具轨迹36以及先前加工的工件的未示出的经距离调节的实际工具轨迹一起确定工具12在加工下一个结构相同的工件14期间应相对于工件14沿其运动的优化的目标工具轨迹34’。优选地，在工件表面的不含跟踪误差的轮廓区段40上确定轨迹偏差38，所述轮廓区段40例如是平坦的，特别是直的、圆形或圆弧形的轮廓区段。
在加工工件14之后，检查经距离调节的实际工具轨迹36与适用于此工件14的目标工具轨迹34在加工的工件14的选定的轮廓区段40上的偏差是否小于预给定公差值。如果小于，就继续加工下一工件14，或者如果不小于，就向操作人员输出加工的工件14已被识别为不良品的通知。
跟踪误差尤其出现在工件边缘并且导致经距离调节的实际工具轨迹36变圆。为了在加工的工件14的含跟踪误差的轮廓区段通过计算来将跟踪误差从经距离调节的实际工具轨迹36与适用于此工件的目标工具轨迹34的偏差中消除，也附加地考虑所测量的、工具12与工件14的工作距离22。如果例如所测量的工作距离22在一轮廓区段上跳变，即使经距离调节的实际工具轨迹36没有改变，也存在跟踪误差。在随后确定与目标工具轨迹34的轨迹偏差38之前，在此轮廓区段上必须首先通过测量的工作距离22来校正经距离调节的实际工具轨迹36。
在图2中，示意性展示了根据本发明的用于检测不良品并且用于确定加工结构相同的工件14时的优化的目标工具轨迹34’的方法100。
在第一步骤101中，提供在加工工件14期间工具12的经距离调节的实际工具轨迹36。为此目的，在加工工件14期间，连续测量伺服驱动器16的信号，这些信号允许重构经距离调节的实际工具轨迹36。
在第二步骤102中，检查是否已经存在在一个或多个先前加工的结构相同的工件14的加工期间确定的优化的目标工具轨迹34’。
如果不存在这种优化的目标工具轨迹34’，也就是说工件14是新的(第一个)部件，就在第三步骤103中确定工件14的适用于确定优化的目标工具轨迹34’的那些轮廓区段40。对于这个新的部件，经距离调节的实际工具轨迹36被确认为优化的目标工具轨迹34’。
如果已经存在优化的目标工具轨迹34’，就在第四步骤104中检查经距离调节的实际工具轨迹36与适用于当前工件的优化的目标工具轨迹34’在选定的轮廓区段40上的轨迹偏差38是否小于预给定公差值。
如果轨迹偏差38小于预给定公差值，就在第五步骤105中基于以下内容确定下一个工件14的优化的目标工具轨迹34’：当前的经距离调节的实际工具轨迹36和所有以下先前加工的工件14的经距离调节的实际工具轨迹36，在所述先前加工的工件14中，经距离调节的实际工具轨迹36与适用于相应工件14的优化的目标工具轨迹34’的偏差小于预给定公差值。在这种情况下，各个经距离调节的实际工具轨迹36可以相同或不同地加权。例如，较新的工件14的经距离调节的实际工具轨迹36可以比较旧的工件14的经距离调节的实际工具轨迹36有更大的加权。
如果轨迹偏差38不小于预给定公差值，就在第六步骤106中在确定优化的目标工具轨迹34’时不考虑所述经距离调节的实际工具轨迹36。
在第七步骤107中，工件14被识别为不良品并且被拣出或进行再加工。

Claims (10)

1.一种用于在通过数控式工件加工装置(10)加工结构相同的工件(14)期间识别不良品的方法，该方法包括以下步骤：
a)预给定用于该工件加工装置(10)的工具(12)的目标工具轨迹(34)并据此来加工工件(14)，以及
b)将该工具(12)与该工件(14)的工作距离(22)调节到限定的目标距离，从而使得在加工该工件(14)期间，该工具(12)沿着该目标工具轨迹(34)在经距离调节的实际工具轨迹(36)上运动，
其特征在于：
c)检查该经距离调节的实际工具轨迹(36)与适用于此工件(14)的目标工具轨迹(34)在加工的工件(14)的选定的轮廓区段(40)上的偏差是否小于预给定公差值，所述选定的轮廓区段优选地不含跟踪误差，以及
d)如果小于，就继续加工下一个工件(14)，或者如果不小于，就输出经加工的工件(14)已被识别为不良品的通知。
2.如权利要求1所述的方法，其中，对被识别为不良品的经加工的工件(14)进行缺陷处理，特别是进行测量技术检查、再加工或报废。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，基于多个先前加工的工件(14)的经距离调节的实际工具轨迹(36)来确定待加工的下一个工件(14)的优化的目标工具轨迹(34’)，并且其中，预给定该优化的目标工具轨迹(34’)并据此来加工该下一个工件(14)。
4.如权利要求3所述的方法，其中，已被识别为不良品的经加工的工件(14)的经距离调节的实际工具轨迹(36)不用于确定后续的工件(14)的优化的目标工具轨迹(34’)。
5.如权利要求3或4所述的方法，其中，基于所有未被识别为不良品的先前加工的工件(14)的经距离调节的实际工具轨迹(36)来确定该下一个工件(14)的优化的目标工具轨迹(34’)。
6.如权利要求3至5之一所述的方法，其中，通过对该多个先前加工的工件(14)的经距离调节的实际工具轨迹(36)求平均、尤其是加权平均来确定该优化的目标工具轨迹(34’)。
7.如前述权利要求之一所述的方法，其中，在加工工件(14)期间检测该工具(12)沿着/围绕该工具的运动轴线(18)的轴线位置(19)，并且基于所检测的轴线位置(19)来确定相应的经距离调节的实际工具轨迹(36)，所述检测特别是与主时间并行地进行。
8.如前述权利要求之一所述的方法，其中，经加工的工件(14)的选定的轮廓区段(40)是平坦的、尤其是直的、圆形的或圆弧形的。
9.如前述权利要求之一所述的方法，其中，在步骤c)中附加地考虑所测量的、该工具(12)与该工件(14)的工作距离(22)，以便在经加工的工件(14)的含跟踪误差的轮廓区段(40)通过计算来将跟踪误差从该经距离调节的实际工具轨迹(36)与适用于此工件(14)的目标工具轨迹(34)的偏差中消除。
10.一种工件加工装置(10)，该工件加工装置具有：工具(12)；用于测量该工具(12)与工件(14)的相应工作距离(22)的距离测量装置(20)；和，在加工工件(14)期间使该工具(12)沿着经距离调节的实际工具轨迹(36)运动的机床控制器(24)，其特征在于，该机床控制器(24)被编程为执行如前述权利要求之一所述的方法。
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